Với trình độ công nghệ hiện tại của các doanh nghiệp trong nước, để chế tạo các tấm có biên dạng cong như vậy, chủ yếu là cắt, gò, hàn, tạo hình thủ công hoặc trên các thiết bị vạn năng
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN PHẨM THIẾT BỊ
Giới thiệu về một số ngành công nghiệp nặng và công nghiệp phụ trợ
Ngày nay sự phát triển công nghiệp ở Việt Nam mang một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế của đất nước Phát triển công nghiệp sẽ biến một nền kinh tế nông nghiệp lạc hậu thành một nền kinh tế hiện đại Hiện nay, ở nước ta các ngành công nghiệp đang phát triển rất mạnh mẽ nhất là các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp phụ trợ
- Khai thác than là bộ phận chủ yếu của ngành công nghiệp than Nó bao gồm tất cả các hoạt động nhằm mục đích lấy được than nằm trong lòng đất để phục vụ con người Than có nhiều loại: than đá, than nâu, than bùn, than mỡ.v.v hầu hết đều nằm sâu trong lòng đất
- Các xí nghiệp khai thác lớn nhất tập trung ở vùng than Quảng Ninh Tổng công suất thiết kế nguyên khai các mỏ ở Quảng ninh là 8,9 triệu tấn mỗi năm và 60 % khối lượng sản xuất là từ các mỏ than lộ thiên Do số lao động ngành than là rất lớn nên sức ép về lao động khá căng thẳng Vì thế để tồn tại và phát triển, Tổng công ty than Việt Nam đã đầu tư thiết bị, đổi mới công nghệ (thực hiện công nghệ tách bóc, sàng tuyển than ngay trong quá trình khai thác và vận chuyển, dùng vì kèo ma sát thay thế gỗ trụ mỏ) để tạo một dây chuyền khép kín từ khâu sản xuất đến nơi tiêu thụ
* Ngành công nghiệp sản xuất thép
-Ngành công nghiệp sản xuất thép là một trong những ngành quan trọng nhất Sản lượng thép và sự phát triển của ngành luyện thép không chỉ là một trong các chỉ tiêu phản ánh trình độ phát triển công nghiệp, mà còn là một trong những yếu tố
- 4 - quyết định trình độ và qui mô phát triển các ngành công nghiệp khác của một Quốcgia
-Hiện nay công nghiệp luyện kim Việt Nam chủ yếu tập trung trong Liên hiệp thép Việt Nam bao gồm: Công ty Gang Thép Thái nguyên; bốn nhà máy thép là: VICASA, Thủ đức, Việt Thanh, Tân Bình Các nhà máy này nhận phôi thép từ lò cao để đưa vào các lò điện, qua dây chuyền cán - kéo khép kín cho đến khi ra thành phẩm thép có chủng loại và kích cỡ khác nhau tùy theo yêu cầu công nghệ
* Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng
- Trong ngành vật liệu xây dựng thì xi măng chiếm một vị trí quan trọng Nước ta có những nhà máy xi măng lớn như: Hải phòng, Hoàng thạch, Hà tiên, Kiên giang và một số nhà máy liên doanh đang đưa vào hoạt động Toàn bộ công suất của các nhà máy này đủ khả năng cung ứng cho thị trường trong nước và đã xuất khẩu khoảng 200.000 tấn/ năm
- Vốn đầu tư cho một dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng thường rất lớn (khoảng 200 USD cho một tấn công suất thiết kế), nên việc thu hồi vốn phải tiến hành kéo dài hàng chục năm, việc xuất khẩu khó vì phí vận chuyển và bảo quản tốn kém Nên việc qui hoạch công nghiệp xi măng cần hướng mạnh vào các loại xi măng đặc chủng, xi măng cao cấp mà các nước trong khu vực chưa có điều kiện đẩy mạnh sản xuất
* Ngành công nghiệp đóng tàu
-Những năm qua, ngành công nghiệp tàu thủy của nước ta có bước phát triển nhanh, nhưng hiệu quả còn hạn chế và chưa vững chắc Trước vận hội mới để nâng cao hiệu quả và sức cạnh tranh, vấn đề đặt ra cho công nghiệp tàu thủy trong những năm tới là phải tập trung phát triển công nghiệp phụ trợ
Hình 1.1: Hình ảnh tại một xưởng đóng tầu -Ðến nay, ngành công nghiệp tàu thủy nước ta đã đóng và xuất khẩu các loại tàu có sức chở đến 53 nghìn tấn, cho các chủ tàu Anh, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ðức, Ðan Mạch, Nga Từng bước đầu tư nâng cao năng lực đóng và sửa chữa các loại tàu có tính năng phức tạp như: tàu chở container 1.700 TEU (tương đương sức chở 22 nghìn tấn), tàu chở dầu 13.500 tấn, tàu hút bùn 1.500 m3/giờ, tàu cao tốc, tàu kéo 6.000 sức ngựa và đang triển khai đóng các loại tàu có sức chở hơn 100 nghìn tấn
-Tuy nhiên, theo đánh giá của một số chuyên gia, công nghiệp đóng tàu Việt Nam hiện chủ yếu vẫn là lắp ráp Hợp đồng đóng tàu mới dừng lại ở trình độ làm gia công theo thiết kế các loại, mẫu mã, vật tư, nguyên liệu, động cơ, cũng như giám sát, đăng kiểm đều của nước ngoài
Hình 1.2: Hình ảnh trong nhà máy đóng tầu Vinashin tại Hải Phòng
Vai trò các chi tiết dạng tấm cong 3D cỡ lớn trong công nghiệp đóng tầu
Ở nước ta ngành công nghiệp đóng tàu đang được quan tâm phát triển Theo giới chuyên môn, vỏ tàu và máy tàu là hai yếu tố quan trọng nhất, chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị con tàu cho nên công nghiệp phụ trợ trước hết cần tập trung đầu tư vào hai khâu sản xuất quan trọng này để tạo ra sự đột phá
Trong cấu tạo của thân vỏ tầu; không thể thiếu được các tấm, vỏ có biên dạng cong 3D Các biên dạng cong 3D này đóng vai trò rất quan trọng trong chuyển động của tàu trong môi trường nước
Các chi tiết vỏ tàu thường có kích thước lớn hình dạng phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao về hình dáng, kích thước, được chế tạo từ tấm lớn ngày càng xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp nặng Đặc biệt trong ngành công nghiệp đóng tàu với những đặc thù riêng đó là kích thước và khối lượng các chi tiết thường rất lớn, chúng được chế tạo và lắp ráp ngay tại công trường Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt nam, trong sản xuất công nghiệp, để chế tạo các chi tiết có biên dạng phức tạp vẫn thường sử dụng các phương pháp truyền thống như tạo hình uốn
- 7 - bằng khuôn, gia nhiệt, tạo hình cục bộ trên khuôn có gia nhiệt cho tấm, uốn lốc ngang trên các thiết bị 3 trục, 4 trục, lăn ép,
Hình 1.3: Hình ảnh các biên dạng cong 3D trong cấu tạo vỏ tầu thủy
Các phương pháp tạo hình tấm cong 3D có kích thước lớn
Hiện nay có rất nhiều phương pháp chế tạo các tấm cong 3D có kích thước lớn như uốn bằng khuôn, uốn trên máy lốc nhiều trục,
Uốn là một phương pháp nhằm biến đổi các phôi có trục thẳng thành các chi tiết có trục cong Phương pháp uốn được mô tả như hình dưới đây
Hình 1.4: Sơ đồ uốn phôi
Hình 1.5: Một số hình ảnh uốn phôi tấm trên máy ép thủy lực
- Có kết cấu đầu uốn đơn giản ,có thể dễ dàng thực hiện trên các máy thủy lực cỡ lớn(có lực ép từ 200T÷1500T)
-Sản phẩm uốn rất đa dạng, có thể tạo ra các chi tiết có bán kính cong lớn và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau
- Phải kết hợp với các phương pháp khác như cắt rời, cắt hình, …
- Sản phẩm có độ chính xác không cao
1.3.2 Tạo hình dựa trên biến dạng nhiệt
- Hiện nay các bộ phận của thân, vỏ tầu thường được ghép nối từ các tấm thép theo phương pháp hàn truyền thống
Hình 1.6: Kết cấu hàn trong cấu tạo thân vỏ tầu
- Trong quá trình hàn và gia nhiệt có rất nhiều loại biến dạng bao gồm: biến dạng dọc, ngang, góc, xoắn và uốn cong Có thể xảy ra đồng thời hai hoặc nhiều dạng biến dạng
-Biến dạng xảy ra do sự co ngót không đều của mối hàn và kim loại cơ bản trong chu kỳ nung nóng và làm nguội trong khi hàn gia nhiệt và sau khi hàn gia nhiệt Ứng suất hình thành ở mối hàn là kết quả của những thay đổi về thể tích, đặc biệt là nếu mối hàn bị hạn chế bởi các kết cấu kẹp hoặc các vật liệu khác xung quanh Nếu những hạn chế bị loại bỏ phần nào, ứng suất có thể gây biến dạng vật liệu và thậm chí có thể gây xé rách hoặc đứt gãy
-Có nhiều yếu tố gây nên biến dạng hàn hoặc cắt và rất khó dự báo chính xác mức độ biến dạng có thể xảy ra Một số yếu tố cần được xem xét bao gồm mức độ hạn chế, đặc tính nhiệt và các đặc tính khác của vật liệu gốc; ứng suất nội tại được sinh ra từ quá trình gia công kim loại trước đó như cán, tạo hình và uốn; kiểu mối hàn;
- 11 - độ chính xác gia công và bản chất của quá trình hàn loại quy trình, tính đói xứng của mối nối, gia nhiệt trước và trình tự mối hàn yêu cầu
-Trong nhiều trường hợp biến dạng khi gia nhiệt là điều không hề mong muốn, nó có thể làm phát sinh chi phí để sửa chữa Tuy nhiên trong trường hợp này các biến dạng trong quá trình gia nhiệt lại là cơ sở quan trọng để chúng ta có thể chế tạo các tấm cong lớn từ phôi thép tấm phẳng
Hình 1.7: Một số hình ảnh chế tạo tấm cong từ phôi thép phẳng bằng phương pháp gia nhiệt
- Phương pháp đơn giản, có thể chế tạo được các chi tiết có kích thước lớn
- Vì được hàn ghép nối từ các chi tiết nhỏ nên có thể chế tạo được các sản phẩm có hình dạng và kích thước rất đa dạng
- Sản phẩm có độ chính xác thấp
- Thời gian chế tạo dài dẫn đến năng suất chế tạo thấp
1.3.3 Uốn lốc trên máy 3 trục,4 trục
-Khi muốn chế tạo các chi tiết cong 2D ta có thể sử dụng các máy uốn 2 trục, 3 trục, 4 trục, Phôi thép được cuốn vào các trục con lăn và bị uốn cong bởi chuyển động của các con lăn theo nguyên lý uốn
Hình 1.8: Một số hình ảnh uốn phôi thép tấm trên máy uốn lốc 3 trục
-Sản phẩm có độ chính xác cao
-Thời gian chế tạo sản phẩm ngắn dẫn đến năng suất chế tạo cao
- Thường chỉ chế tạo được các sản phẩm có biên dạng cong 2D
1.3.4 Lăn miết trên máy chuyên dụng
-Miết là một ph-ơng pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo hình chi tiết rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng dựa vào chuyển động quay của phôi d-ới tác dụng của lực công tác làm biến dạng dẻo cục bộ tại một điểm trên phôi quay
Hình 1.9: Một số hình ảnh về máy miết & sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp miết
- Sản phẩm có chất lượng và độ chính xác cao
- Quá trình tạo hình linh hoạt và cho năng suất cao
- Có thể tạo hình được với nhiều loại vật liệu như thép, thép không gỉ, các kim loại nhẹ như nhôm, titan và các kim loại khác như đồng, niken, vonfam
- Thường được sử dụng để tạo hình các chi tiết dạng rỗng có đối xứng trục ví dụ như các chi tiết hình cầu, hình chỏm cầu,
- Phương pháp lăn ép bằng con lăn là phương pháp kết hợp giữa uốn và cán kim loại.Phôi thép được kéo vào và chuyển động cùng với cặp con lăn theo nguyên lý cán và bị uốn cong theo nguyên lý uốn Nguyên lý lăn ép bằng con lăn được thể hiện như hình dưới đây
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý lăn ép bằng con lăn
Hình 1.11: Một số hình ảnh về thiết bị lăn ép & sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp lăn ép
- Công nghệ lăn ép ở nước ngoài:
Hiện nay, Các profile có biên dạng cong bậc 2 và bậc 3 (hình 1.11) được gia công chế tạo bằng các thiết bị chuyên dùng với các dụng cụ linh hoạt, của các hãng Các hãng Sertom (ý), Sicmi (Ý)
Các thiết bị uốn tấm vỏ được nghiên cứu thiết kế đầu tiên là các loại máy chấn với kết cấu đơn giản, tiếp theo là chế tạo các máy uốn có kích thước vùng làm việc lớn và dụng cụ gia công linh hoạt
Các thiết bị chuyên dùng và dụng cụ tạo hình đã và đang được nhập về Việt Nam nhằm phát triển và nâng cao khả năng chuyên môn hóa và năng lực chế tạo, tuy nhiên các thiết bị này thường đắt và bị động trong các khâu nhập khẩu Chính và thế, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị này trong nước và ứng dụng vào các nhà máy đóng tàu là hết sức cần thiết
- Công nghệ lăn ép ở trong nước :
Ngành công nghiệp đóng tàu của Việt Nam được coi là trong những hướng mũi nhọn và đầu tư trang thiết bị đã được quan tâm chú trọng và đúng mức Tuy nhiên với đặc điểm máy siêu trường siêu trọng nên các máy gia công cho tấm vỏ vẫn chủ yếu được nhập về từ nước ngoài Vấn đề mấu chốt ở đây là các thiết bị gia công linh hoạt đi kèm theo máy có giá rất đắt nên khi nhập máy chúng ta chỉ nhập về một vài dụng cụ gia công đơn giản và rẻ tiền, còn những thiết bị công nghệ cao ta vẫn hạn chế nhập bởi có giá thành cao Hiện nay, trong thực tế ngành đóng tàu ở Việt nam thường sử dụng các phương pháp tạo hình các chi tiết có profile phức tạp như sau :
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ LĂN ÉP
Công nghệ lăn ép
Công nghệ lăn ép cho phép tạp hình các sản phẩm dạng vỏ từ phôi tấm, sản phẩm có biên dạng cong hở 2D hoặc 3D Các dạng sản phẩm lăn ép được ứng dụng rất phổ biến trong ngành đóng tàu, vỏ két chứa, bình bồn cỡ lớn Hình dưới đây biểu diễn các dạng chi tiết điển hình của vỏ tàu thủy có biên dạng cong 3D được tạo hình bằng phương pháp lăn ép
Hình 2.1: Một số chi tiết của vỏ tàu thủy có biên dạng cong 2D &3D
Sơ đồ tạo hình bằng quá trình lăn được biểu diễn như hình dưới đây
Hình 2.2: Sơ đồ quá trình lăn ép Con lăn dưới được lắp cố định trên bàn máy ép thủy lực, được truyền chuyển động và mô men bởi một động cơ riêng, trong khi đó, con lăn trên có thể quay tự do quanh trục của nó và được lắp với đầu trượt của máy Phôi ban đầu được kẹp giữa hai trục lăn, phôi tấm tiếp xúc với con lăn trên và con lăn dưới tại vị trí cần tạo biên dạng cong Con lăn trên di chuyển cùng với đầu trượt theo phương thẳng đứng sẽ ép vào phôi tấm một lực P Khi đó, phôi tiếp xúc với con lăn trên theo cung lt và con lăn dưới theo cung ld Với việc phôi bị ép giữa 2 con lăn sẽ làm phôi bị uốn cong Con lăn dưới chuyển động quay sẽ làm cho phôi được kéo qua khe hở giữa 2 trục lăn, phôi sẽ biến dạng cục bộ và bị uốn cong dần lên Nếu con lăn dưới đảo chiều quay và ta di chuyển vùng tiếp xúc liên tục từ vị trí này sang vị trí khác, phôi tấm sẽ cong theo biên dạng mà ta định trước Khi điều khiển quá trình tạo hình, ta cần xác định được bán kính cong của phôi tấm sau mỗi lần lăn ép là R Bán kính
- 21 - cong của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Lực ép, mức độ biến dạng, tốc độ lăn, bước di chuyển phôi, hình dạng, kích thước của con lăn và phôi Quá trình tạo hình được thực hiện theo các bước sau:
- Phôi tấm phẳng được đưa vào giữa 2 trục và được ép chặt trên trục
- Trục lăn trên tạo lực ép lên tấm với trị số lực được xác định trước (mức độ cong, bán kính cong của tấm sau mỗi lần lăn ép phụ thuộc chủ yếu vào lực ép và mức độ biến dạng của tấm)
- Trục dưới chuyển động quay tròn, kéo phôi tấm qua khe hở giưa 2 trục lăn làm cho phôi bị uốn cong
- Khi hết một lần lăn ép, có thể đặt lại giá trị lực ép và thực hiện lần lăn ép thứ 2
- Sau mỗi lần lăn ép như vậy, phôi tấm sẽ bị cong dần lên Quá trình lăn ép sẽ kết thúc khi phôi tấm đạt được kich thước thiết kế
- Để tạo hình được các chi tiết dạng 3D, ta cần phải thực hiện lăn ép trên phôi tấm theo nhiều phương Nếu chỉ lăn ép theo 1 phương, phôi tấm sẽ chỉ bị cong theo biên dạng 2D
Cần chú ý rằng, tạo hình bằng phương pháp lăn ép phôi tấm bị biến mỏng qua mỗilần lăn ép Để tạo hình các chi tiết với biên dạng cong phức tạp một cách chính xác, hiệu quả từ chi tiết ban đầu là tấm phẳng, cần thiết phải tính toán được các thông số công nghệ cơ bản
Khi phân tích sự biến dạng của kim loại trong quá trình lăn ép, ta thấy kim loại bị biến dạng do tổng hợp của 2 quá trình uốn và cán Do đó, để có thể tính toán được các thông số công nghệ của quá trình lăn ép ta cần nghiên cứu về quá trình uốn và cán kim loại
Các thông số công nghệ trong quá trình uốn kim loại
2.2.1 Khái niệm, đặc điểm công nghệ và lý luận về uốn
- Uốn là một trong những phương pháp gia công biến dạng dẻo kim loại nhằm thay đổi bán kính, độ cong của phôi tấm hoặc phôi thanh
- Quá trình uốn tấm được thực hiện do biến dạng dẻo xảy ra ở vùng góc uốn Biến dạng ở 2 mặt của phôi uốn khác nhau, một vùng bị kéo còn một vùng bị nén
- Có nhiều loại uốn khác nhau như: Uốn tự do, uốn bằng khuôn và uốn trên máy chuyên dùng
- Uốn hầu như không biến mỏng chiều dày của tấm ngoại trừ cục bộ ở một số vị trí góc uốn có làm cho phôi tấm bị mỏng đi
- Thông thường là uốn nguội, nhưng trong một số trường hợp ta có thể uốn nóng để giảm lực uốn, tăng khả năng uốn cho vật liệu
- Khi uốn các sản phẩm đã qua mạ cần lưu ý ở các góc biến dạng lớp mạ có thể bị phá hủy
- Uốn qua hệ thống trục có thể cho sản phẩm có chiều dài lớn
* Lý luận cơ bản về uốn
Khi nghiên cứu kỹ một sản phẩm uốn ta thấy những vấn đề sau:
- Khi uốn cong mặt trong của nguyên vật liệu (mặt tiếp xúc với chày ) thì bị tác dụng nén lại; còn mặt ngoài (mặt tiếp xúc với cối) thì bị kéo dài
Hình 2.3: Mô tả một trường hợp uốn
- Ở giữa mặt ngoài và mặt trong của vật liệu có một lớp trung gian không bị kéo và bị nén, ta gọi là lớp trung hòa biến dạng
- Nếu trên cạnh vật liệu: trước khi uốn ta kẻ những ô vuông ở phần thẳng không thay đổi còn những ô vuông ở phần uốn cong thì bị biến dạng thành hình thang Các vạch ngang tính từ tâm ra thì vạch ở ngoài cũng dài ra rất nhiều ; vạch trong cũng ngắn lại nhiều chỉ có đường OO’ là không thay đổi mà ta gọi là lớp trung gian
+ Trong quá trình uốn đặc biệt là đối với tấm vật liệu hơi dày, chiều rộng mép ngoài sẽ giảm đi, còn mép trong chiều rộng sẽ tăng lên Khi tấm vật liệu tương đối lớn (lớn hơn chiều dày từ 20 30 lần ) thì hiện tượng này chỉ trông thấy ở mép tấm vật liệu
+ Chiều dày vật liệu chỗ uốn sẽ giảm
t t 1 hệ số giảm mỏng khi uốn 90 0 ( thép 10 – 20 )
Hình 2.4: Mô tả ví dụ về độ giảm mỏng đối với vật liệu chịu uốn t1 : là chiều dày nguyên vật liệu sau khi uốn t : là chiều dày nguyên vật liệu trước khi uốn
Ví dụ về độ giảm mỏng có thể xem bảng sau:
Bảng 2.1: Độ giảm mỏng một số vật liệu theo bán kính cong (tra sổ tay)
Chiều dày vật liệu (mm) bán kính uốn cong r
Chiều dầy vật liệu sau khi uốn cong mm % giảm mỏng
- Sau khi uốn cong cơ lý tính của vùng bị uốn cong thay đổi, độ cứng tăng lên, ứng suất tăng lên, ngoài ra vùng bị uốn cong của sản phẩm uốn nguội có thể bị tăng nhiệt độ nếu uốn đi, uốn lại nhiều lần
Chiều dầy nguyên vật liệu
Hình 2.5: Một số dạng uốn chữ V Thí dụ: xét quá trình uốn hình chữ V, ta thấy:
- Bán kính uốn của vật uốn thay đổi giảm dần, cự ly của điểm tựa uốn cong lo, l1, l2 giảm, dần dần khít vào nhau
- Trong quá trình uốn: bán nhỏ dần cho đến lk Chày đi xuống đến khi tấm nguyên liệu và chày hoàn toàn khít vào khuôn, bán kính của mặt trong vật liệu lớn hơn bán kính của chày
- Vì mặt ngoài vật uốn bị kéo dài rất lớn, nên góc nhọn của chày phải thẳng góc với hướng sắp xếp của thớ thép cán ( hoặc gần bằng 90 o ) nếu không sẽ làm cho vật liệu nứt rạn
- Nếu sản phẩm uốn về hai hướng, lực uốn phải làm cho thớ vật liệu uốn thành góc
2.2.2 Lớp trung hòa biến dạng
Tại vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn đồng thời có những lớp bị kéo và dãn dài theo hướng dọc vì vậy giữa các lớp đó thể nào cũng tồn tại một lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phôi Lớp này người ta gọi là lớp trung hòa biến dạng Lớp trung hòa biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích thước của phôi uốn và xác định bán kính nhỏ nhất cho phép
Hình 2.6: Bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng Khi uốn với bán kính uốn lớn, vị trí lớp trung hòa biến dạng nằm ở giữa chiều dày của dải phôi Nghĩa là, bán kính cong bd của lớp trung hòa biến dạng được xác định theo công thức:
bd = r + ( 2.1) r: Bán kính uốn, t: Chiều dày vật liệu
Khi uốn với mức độ biến dạng lớn (góc uốn và bán kính uốn nhỏ) tiết diện ngang của phôi bị thay đổi nhiều Chiều dày vật liệu giảm Khi đó lớp trung hòa biến dạng không đi qua giữa tiết diện phôi mà dịch chuyền về phía tâm cong, ở đây bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng được xác định theo công thức:
bd = ( ).ξ.t ( 2.2) Trong đó: ξ = : hệ số giảm chiều dài
- 27 - t1 :chiều dày trước khi uốn t2 :chiều dày sau khi uốn r : bán kính uốn b: Chiều rộng ban đầu của dải btb: Chiều rộng trung bình sau khi uốn btb = (b1 + b2) b1, b2 : Chiều rộng ở phía trên và phía dưới của dải sau khi uốn
Khi chiều rộng của phôi lớn thì tỷ số Lúc đó:
Trong thực tế sản xuất, để đơn giản cho quá trình tính toán, bán kính cong của lớp trung hòa được xác định:
Hệ số X0 được đo bằng thực nghiệm và cho sẵn trong sổ tay Hệ số này phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số r/t, góc uốn α và loại vật liệu
X0.t: là khoảng cách từ lớp trung hòa biến dạng đến mặt trong của phôi
- Khi uốn những phôi có tiết diện hình tròn, hình thang, hình thoi v.v… thì đặc tính biến dạng của tiết diện ngang cũng sẽ khác đi Và do đó các hệ số ξ và X0 cũng sẽ thay đổi
Hình 2.7: Tiết diện ngang của phôi bị thay đổi khi uốn phôi tròn
(với bán kính uốn nhỏ) Khi uốn phôi có tiết diện đường kính d với bán kính uốn r 1.5d thì tiết diện ngang của phôi hầu như không đổi, lớp trung hòa biến dạng đi qua giữa tiết diện phôi:
Nếu uốn với bán kính nhỏ r góc ăn α Sau thời điểm trục ăn vật cán, quá trình cán được tiếp tục cho đến khi cán hết chiều dài của vật cán Trong thời gian đó, ta coi quá trình cán là ổn định Ta biết rằng, sau thời điểm ăn ban đầu thì vật cán và trục cán hình thành một bề mặt tiếp xúc, do sự hình thành bề mặt tiếp xúc mà điểm đặt lực được di chuyển và thay đổi Giả thiết lực đơn vị phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc (là cung chắn góc ở tâm α1
(α2)) Trong trường hợp này, nếu như ta vẫn khảo sát như tại thời điểm bắt đầu ăn thì từ biểu thức trên ta thay góc ăn α1 bằng góc α1/2:
2 2 f P P suy ra 1 f tag 2 hoặc 1 tag tag 2
Từ biểu thức trên ta rút ra kết luận: Khi quá trình cán đã ổn định thì ta có thể giảm được ma sát trên bề mặt tiếp xúc, hoặc tăng được góc ăn ban đầu tức là tăng được lượng ép Trong thực tế, nếu các điều kiện về công suất động cơ, độ bền của trục cán và các điều kiện công nghệ khác cho phép thì người ta tăng ma sát bằng cách hàn vết hoặc đục rãnh trên bề mặt trục cán để tăng được lượng ép cho một lần cán
2.3.5 Lực cán Áp lực của kim loại lên trục cán là nguyên nhân chính tạo ra trạng thái ứng suất trong vùng biến dạng, đặc điểm biến dạng của trục cán áp lực từ phía trục cán lên kim loại có sự tương tác với vượt trước, sự dãn rộng, điều kiện ăn kim loại Từ điều kiện và các thông số công nghệ ta có thể tính được áp lực của kim loại lên trục cán và qua đó xác định được mômen cán, công suất cán, công suất động cơ và tiêu hao năng lượng trong quá trình cán
Trị số và sự phân bố áp lực trên cung tiếp xúc của vùng biến dạng có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ mòn trục cán và do đó ảnh hưởng đến thời gian làm việc của trục Trị số mômen và công suất cán là các thông số cần thiết để tính các kích thước giá cán và các chi tiết máy cán Trị số mômen không chỉ phụ thuộc vào áp lực mà còn phụ thuộc vào điểm đặt lực tổng hợp trên cung tiếp xúc
Xác định được áp lực trung bình chúng ta có thể tính được lực cán P:
P = Ptb.F (2.30) trong đó, F: diện tích bề mặt tiếp xúc
B: chiều rộng phôi cán; b: chiều rộng vật cán lx: chiều dài cung tiếp xúc
Trong thực tế, khi tính áp lực cán người ta thường dùng một số biểu thức thực nghiệm Thực chất các biểu thức này của một số tác giả khi nghiên cứu chỉ xét một số các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến áp lực cán
Nghiên cứu phương pháp xác định thông số công nghệ quá trình lăn ép dựa trên tính toán giải tích
Qua những phân tích ở trên ta thấy, lăn ép là sự tổng hợp của 2 quá trình uốn và cán Trong quá trình lăn ép, phôi bị biến dạng dẻo và uốn cong tại vùng uốn do lực ép tác động từ phía con lăn trên Mặt khác, phôi còn bị kéo vào chuyển động cùng con lăn giống như quá trình cán theo điều kiện vật ăn vào trục cán Vùng kim loại bị uốn không cố định tại một vị trí mà chuyển động thay đổi liên tục theo phương lăn ép Để tạo hình các chi tiết với biên dạng cong phức tạp một cách chính xác, hiệu quả từ chi tiết ban đầu là tấm phẳng, ta cần thiết phải tính toán được các thông số công nghệ cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến biên dạng sản phẩm sau mỗi lần lăn ép đó là lượng ép và lực ép
Lực ép của trục lăn trên lên phôi được xác định theo công thức:
P = ptb.Ftx (2.32) Trong đó, ptb – áp lực riêng trung bình khi lăn ép được tính toán theo lý thuyết cán ,
Ftx – diện tích tiếp xúc tổng cộng giữa phôi và các trục lăn
Ftx = (lt + ld).b (2.33) Với b là chiều rộng vết tiếp xúc Khi trục con lăn ép lên phôi tấm, ta xác định được lượng ép S tổng cộng, lượng ép trên 2 trục St và Sd Để phôi tiếp tục được lăn trên trục và bị uốn cong, lượng ép phải thỏa mãn điều kiện:
Trong đó: - hệ số ma sát
St: Lượng ép ở trục con lăn trên
Sd: Lượng ép ở trục con lăn dưới
Rt: Bán kính con lăn trên
Rd: Bán kính con lăn dưới
= R , với l – chiều dài vùng tiếp xúc theo phương cán và R – bán kính trục cán Gọi t và d là góc tiếp xúc giữa phôi với trục con lăn trên và dưới Dựa trên quan hệ hình học ta có:
Theo các công thức trên, ta xác định được bán kính cong của tấm nếu biết lực ép và chiều dài vết tiếp xúc Như vậy, độ cong của tấm sau mỗi lần lăn ép phụ thuộc vào lực ép P của trục lăn trên và mức độ biến dạng của phôi tấm trên trục lăn dưới tác dụng của P Lựa chọn vật liệu thép tấm C45 có đường chảy nguội f = 960 0.176 và
f0 = 360 MPa, chiều rộng phôi tấm B = 250mm, chiều dày ban đầu của phôi tấm s
= 10mm, thiết bị dập lăn ép có đường kính trục dưới 350, đường kính trục trên
310, ta xác định bán kính cong của tấm sau mỗi lần lăn ép dựa trên các công thức tính toán ở trên.Kết quả xác định được tổng hợp trong bảng dưới đây
Bảng 2.8: Bảng tính toán bán kính cong của phôi
TT Lượng ép (mm) Lực ép P (Tấn) l (mm) Ri (mm)
Dựa trên bảng số liệu này có thể nhận thấy các thông số công nghệ như lực ép và lượng ép của trục con lăn nén vào phôi tấm, chiều dài cung tiếp xúc có mối quan hệ hàm số đồng biến với nhau khá rõ ràng Các thông số này ảnh hưởng đến bán kính cong của sản phẩm sau mỗi lần lăn ép
Dựa vào các thông số tính toán ở bảng trên ta có thể lập được biểu đồ mối quan hệ giữa lực ép và bán kính cong của sản phẩm như hình dưới đây
Hình 2.10: Mối quan hệ giữa lực ép và bán kính cong của sản phẩm
Nếu gia tăng mức độ ép thì lực ép, chiều dài cung tiếp xúc sẽ tăng lên và ta nhanh chóng đạt được bán kính cong của sản phẩm Tuy nhiên, nếu tăng lượng ép nhiều sẽ ảnh hưởng đến chiều dày của sản phẩm, bởi khi đó, sản phẩm sẽ bị mỏng đi Ngược lại, nếu lựa chọn lượng ép nhỏ, lực ép cần thiết giảm đi, nhưng bán kính cong của sản phẩm rất lớn Như vậy, ta phải lăn ép nhiều lần mới đạt được biên dạng cong của sản phẩm như thiết kế
Bằng tính toán giải tích dựa vào quan hệ hình học của các con lăn và phôi tấm có thể nhanh chóng xác định được bán kính cong của sản phẩm sau mỗi lần dập lăn ép Tuy nhiên, với phương pháp này khó có thể khảo sát được ảnh hưởng của biên dạng con lăn, ma sát tiếp xúc đến biên dạng của sản phẩm, cũng như khó xác định được phân bố ứng suất và biến dạng trong phôi tấm sau mỗi lần dập lăn ép Trong những trường hợp cần phân tích, tính toán quá trình với các điều kiện biên thực tế, ta sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng số
MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
Giới thiệu về phương pháp mô phỏng số
Các phương pháp mô phỏng đều nhằm mục đích nghiên cứu, phân tích và giải thích các quá trình xảy ra khi tạo hình vật liệu Mô phỏng cho thấy được nhiều kết quả rõ ràng, qua đó có thêm những hiểu biết, nhận xét đúng đắn để góp phần tìm ra các giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình sản xuất Hiện có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả là mô phỏng vật lý và mô phỏng số
Khi tiến hành nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới một quá trình biến dạng, người ta cần làm nhiều thí nghiệm Để biểu diễn quá trình biến dạng với các điểm giới hạn chảy phức tạp của vật liệu, đồng thời giảm giá thành và thời gian, người ta không tiến hành thực nghiệm với những vật liệu thật theo tỉ lệ 1:1 mà thường là vật liệu mẫu như sáp hay plastic, khuôn mô phỏng có thể làm bằng nhôm hay thậm chí bằng gỗ Tuy nhiên mô hình vật liệu thử nghiệm phải chọn sao cho chúng có thuộc tính chảy tương tự như vật liệu thực trong một khoảng nhiệt độ rộng và có các thông số cơ bản điều khiển được Tuy nhiên mô phỏng vật lý chỉ giúp có được những đánh giá định hướng về phân bố dòng chảy của kim loại mà không cho phép tính toán chính xác trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình
3.1.2 Mô phỏng số và “công nghệ ảo”
Mô phỏng số là sự kết hợp giữa mô hình quá trình và các phương pháp số giải mô hình quá trình đó Gắn kết quả mô phỏng số với những điều kiện công nghệ cụ thể nhằm thực hiện tối ưu hóa quá trình công nghệ ta sẽ nhận được công nghệ
- 46 - ảo.Khác với mô phỏng vật lý, mô phỏng số được thực hiện bằng nhiều phương pháp tính khác nhau như: phương pháp PTHH, sai phân hữu hạn ,biến phân hoặc phần tử biên…Mỗi một phương pháp tính toán đều có những mặt mạnh riêng nhưng áp dụng phổ biến nhất để khảo sát các bài toán cơ học nói chung và các bài toán biến dạng tạo hình nói riêng là phương pháp PTHH bởi nó có thể giải quyết các bài toán với miền xác định bất kỳ và điều kiện biên phức tạp.
Vai trò và ưu điểm của mô phỏng số trong thiết kế và tối ưu công nghệ
Khi thực hiện mô phỏng số, các giai đoạn thiết kế, hiệu chỉnh đều được thực hiện trên máy tính Xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, mô hình của sản phẩm được dựng trên máy tính, sau đó việc hiệu chỉnh công nghệ được thực hiện trực tiếp thông qua giao diện người - máy nhằm tối ưu hóa công nghệ nên đã giảm đáng kể thời gian và chi phí Mô phỏng số còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và cho phép áp dụng các vật liệu mới
Theo phương pháp công nghệ truyền thống, để chế tạo một sản phẩm thì sau khi thiết kế phải tiến hành sản xuất thử Khâu này thường phải làm đi làm lại nhiều lần cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu.Với phương pháp này việc thiết kế và chế tạo khuôn phải lặp đi lặp lại nhiều lần, gây tốn kém về thời gian và tiền của.Với mô phỏng số và công nghệ ảo, toàn bộ quá trình từ thiết kế, hiệu chỉnh đến tối ưu công nghệ đều được thực hiện trên máy tính Do đó không phải tốn nhiều thời gian và tài chính, tăng hiệu suất tính toán thiết kế, chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh
Hình 3.1: Những ưu điểm của mô phỏng
Mô phỏng được coi là một hướng phát triển của công nghệ cao bởi :
- Mô phỏng cho kết quả chính xác với sai số cho phép
- Giảm thời gian tính toán thiết kế
- Giảm chi phí sản xuất
- Lựa chọn các loại nguyên vật liệu hợp lý
- Thuận tiện trong việc thay đổi mẫu mã, hình dáng sản phẩm
Hình 3.2: Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô phỏng số
Ngoài những ưu điểm trên,mô phỏng số còn cho ta nhiều kết quả mà bằng thử nghiệm khó biết được như trường phân bố ứng suất,biến dạng …cũng như có thể dự đoán được các dạng hỏng có thể xảy ra để từ đó có những thay đổi hợp lý nhằm thực hiện tối ưu hóa quá trình Đó là lý do vì sao ngày nay phương pháp mô phỏng số được xem là một công cụ tối ưu công nghệ phổ biến, hữu hiệu và được ưu tiên phát triển trong thiết kế phục vụ sản xuất cũng như trong nghiên cứu lý thuyết
Ứng dụng mô phỏng số vào các bài toán phi tuyến
Xuất phát từ yêu cầu về kiểu dáng sản phẩm, người kỹ sư sẽ phác thảo hình dáng của phôi và khuôn mẫu để tiến hành gia công Công việc này được thực hiện bằng phần mềm CAD Để tiến hành mô phỏng trước hết phải chia lưới các phần tử, thuộc tính vật liệu ,đưa vào các điều kiện biên (chuyển vị ,lực chặn ,ma sát ,nhiệt độ …) Máy sẽ tính toán quá trình tạo hình sản phẩm và đưa ra kết quả Qua việc xem xét trường phân bố ứng suất và biến dạng tại từng thời điểm, người kỹ sư biết được một cách tương đối chính xác chi tiết có bị phá hủy trong quá trình biến dạng và kích thước hình học của sản phẩm có đảm bảo với yêu cầu hay không, từ đó thay đổi các thông số của quá trình một cách hợp lý sao cho kết quả cuối cùng là tối ưu Tiếp theo có thể gia công khuôn mẫu dựa trên các thông số hình học sau khi mô phỏng và tiến hành sản xuất thử Nếu thấy được mới đưa ra sản xuất hàng loạt
Hình 3.3: Quá trình mô phỏng số
3.3.2 Hiện trạng của việc áp dụng mô phỏng số trong thiết kế tối ưu công nghệ tạo hình
Trên thế giới, đặc biệt là tại các nước công nghiệp phát triển thì mô phỏng số và công nghệ ảo đã được áp dụng từ những năm 80 và ngày càng hoàn thiện Ban
- 50 - đầu là áp dụng cho những bài toán đơn giản hai chiều, rồi đến những bài toán ba chiều phức tạp ; từ chỗ đơn giản hóa bài toán đến chỗ có thể đưa vào tất cả các điều kiện thực tế phức tạp
Hiện nay trên thế giới có nhiều phần mềm chuyên dụng mô phỏng số nhằm tối ưu công nghệ tạo hình Khả năng ứng dụng của các phần mềm này hết sức đa dạng và phong phú ví dụ như: AUTOFORM, ITAS, PAMSTAMP, LS-DYNA, ANSYS,MARC(MARC,USA),LASTRAN(LASSO,Deutschland),EPDAN(IFUSTGT,Deutschland),INDEED(INPRO,Deutschland),ROBUST(Prof.Nakamachi,Japan),DEDRAN(VW,Gedas),
Giới thiệu về phần mềm mô phỏng số DEFORM
DEFORM là phần mềm mô phỏng các quá trình gia công Vật liệu dựa trên
PP phần tử hữu hạn (FEM) rất nổi tiếng của hãng Scientific Forming, Mỹ Deform có 3 pack phổ biến là Deform 3D, DeForm 2D và DeForm HT (ngoài ra còn có F2 và F3) Hai phiên bản đầu dùng mô phỏng các quá trình gia công vật liệu, chủ yếu là gia công áp lực (cán, kéo, dập, ép,…) nhưng cũng có khả năng mô phỏng quá trình gia công cắt,…Bản 3D đã có version 6.0 và 2D đã có version 9.0 Pack HT chuyên dùng để mô phỏng quá trình nhiệt luyện và đang được hoàn thiện thêm Deform cho phép nhập dạng thức hình học của các vật thể dưới dạng file
*.STL, một loại đuôi tạo bởi các chương trình như Solidworks Model của Deform có thể được tạo bởi Solidworks hay convert từ AutoCad sang Định vị các phần tử trong mô hình Deform có thể được thực hiện trực tiếp trên cửa sổ thao tác của chương trình này hoặc thông qua một phần mềm trung gian tên là Hypermesh của hãng Altair
Giao diện của Deform dễ sử dụng, các chức năng phong phú (xem mặt cắt bất kỳ, xem ứng suất, biến dạng, phá hủy, quan sát quá trình đang xảy ra,…), và có khả năng mô phỏng sát với thực tế đáng kinh ngạc Chính vì vậy Deform đã trở thành một trong những phần mềm mô phỏng được dùng rộng rãi nhất trong ngành vật liệu
Việc sử dụng Deform cho công tác nghiên cứu thăm dò giúp cho việc định hướng chế tạo khuôn mẫu dễ dàng và hiệu quả hơn, dự đoán hoặc giải thích được các nguyên nhân sai hỏng sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất
DEFORM là một hệ thống tính toán mô phỏng quá trình dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) nhằm phân tích các quá trình tạo hình và sử lí nhiệt khi tạo hình kim loại và các công nghệ liên quan Bằng việc mô phỏng quá trình sản xuất trên máy tính, đây là công cụ tiên tiến cho phép người thiết kế và kĩ sư :
- Không cần mặt bằng nhà xưởng để kiểm nghiệm,dễ dàng thiết kế lại khuôn và chế tạo
- Cải thiện việc thiết kế dụng cụ và khuôn mẫu nhằm hạ giá thành sản phẩm, tiét kiệm vật liệu
- Rút ngắn thời gian tung sản phẩm mới ra trường
Không giống như công dụng của các mã FEM, DEFORM được biến đổi cho mô hình biến dạng.Giao diện với đồ hoạ quen thuộc , thân thiện với người sử dụng để dễ dàng chuẩn bị dữ liệu và phân tích do đó người kĩ sư có thể tập chung cho việc tạo hình không quá đi sâu vào hệ thống tính toán.Một yếu tố quan trọng của hệ thống đó là hoàn toàn tự động, tự biến đổi tối ưu việc chia lại lưới cho những bài toán biến dạng lớn DEFORM-HT có thêm khoả năng giải bài toán cho mô hình các quá trình sử lí nhiệt bao gồm thường hoá, ram, tôi, nung, hoá già, thấm các bon
DEFORM –HT có thể dự đoán được đọ cứng, ứng suất dư, biến dạng dư và các tính chất cơ học vật liệu quan trọng của những quá trình sử lí nhiệt
3.4.1 Các sảm phẩm của hệ thống DEFORM
Sử dụng trên nền UNIX/LINUX (HP, DEC, LINUX và cũng chạy rất tốt với máy tính cá nhân trên nền các window XP/Vista Có khả năng giải cho mô hình biến dạng phẳng hoặc các chi tiết đối xứng với một mô hình 2 chiều phiên bản đầy đủ bao gồm các cải tiến mới nhất trong mô hình phần tử hữu hạn, và cũng rất tốt để tạo và nghiên cứu các môi trường
Sử dụng trên nền UNIX/LINUX (HP, DEC, LINUX),và cũng chạy rất tốt với máy tính cá nhân trên nền các window XP/Vista DEFORM-3D có khả năng giải được các bài toán phức tạp với mô hình vật liệu 3 chiều và các đặc tính dòng chảy Nó rất lý tưởng để giải cái bài toán phức tạp, điều mà không hề đơn giản với mô hình 2 chiều
Chạy trên nền các máy tính cá nhân cài đặt Windows XP/Vista Có khả năng giải các bài toán với mô hình 2 chiều đói xứng hoặc biến dạng phẳng Rất thuận lợi để giải với các công đoạn từ nhỏ đén trung bình trong mô hình phần tử hữu hạn
Chạy trên nền các máy tính cá nhân cài đặt Windows XP/Vista Giải rất tốt trong mô hình 3 chiều vơi các bài toán tạo hình ở trại thái thường, ấm và nóng
Là chương trình phụ trợ cho DEFORM-2D và DEFORM-3D.Nhờ việc bổ xung cho các mô hình biến dạng, DEFORM-HT có thể mô hình hoá các ảnh hưởng của sử lí nhiệt gồm có độ cứng, cỡ hạt của tổ chức kim loại, biến dạng, ứng suất dư, và hàm lượng các bon.
Ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM để tính toán
Để áp dụng phương pháp mô phỏng số trong phân tích, tính toán quá trình dập lăn ép và so sánh kết quả với phương pháp giải tích, trước hết ta thiết lập mô hình hình học bài toán như hình dưới đây:
Hình 3.4: Mô hình hình học bài toán dập lăn ép
Dựa vào phần tính toán giải tích ở trên và tham khảo các mẫu máy của các hãng nước ngoài như Sertom (ý), Sicmi (Ý) ,ta thiết lập được mô hình bao gồm dụng cụ tạo hình (con lăn trên có đường kính 310, con lăn dưới có đường kính 350), phôi tấm thép C45 có chiều rộng B%0mm, chiều dày s = 10mm
Hình 3.5: Mô hình con lăn dưới
Hình 3.6: mô hình con lăn trên
Hình 3.7: Phôi thép tấm có kích thước 450x250x10
Trước khi tiến hành mô phỏng số, ta chia lưới phần tử cho phôi, các con lăn và đặt các điều kiện biên Để đảm bảo độ chính xác kết quả mô phỏng số, phôi tấm được chia thành 70.000 phần tử, mỗi con lăn ép chia 20.000 phần tử
Hình 3.8: Chia lưới phần tử cho phôi thép tấm
- 56 - Hình 3.9: Chia lưới phần tử cho con lăn trên
Hình 3.10: Chia lưới phần tử cho con lăn dưới
Hình 3.11: Chia lưới con lăn trên ,con lăn dưới, phôi
- Ta chọn vật liệu dập C45 có trong thư viện vật liệu của phần mềm mô phỏng số, có các thông số vật liệu gần tương đương với vật liệu thực tế Các thông số vật liệu, đường cong chảy thể hiện như trên hình dưới đây
Hình 3.12: Các thông số về cơ tính vật liệu
Trong bài toán biến dạng dẻo việc xác định các điều kiện ma sát, ma sát sinh ra trong quá trình biến dạng, giữa phôi và dụng cụ biến dạng là rất quan trọng Ở đây ta sử dụng phương pháp biến dạng nguội nên sự ảnh hưởng của ma sát không đáng kể Một cách tương đối ta coi như hệ số ma sát giữa phôi và dụng cụ biến dạng không đổi Điều kiện biên của bao gồm điều kiện tiếp xúc giữa phôi và con lăn, tốc độ quay của con lăn dưới và lượng ép do con lăn trên ép vào phôi
Sau khi tiến hành chạy mô phỏng ta thu được biểu đồ ứng suất tương đương sinh ra trong quá trình biến dạng như sau:
Hình 3.13: Ứng suất tương đương của vật liệu
*Nhận xét: Chi tiết có biên dạng phức tạp, tại các vùng khác nhau kim loại bị biến dạng và co kéo với mức độ khác nhau
+ Vùng màu xanh kim loại biến dạng tốt nhất
+ Vùng màu hồng kim loại bị biến dạng ít
+ Vùng màu tím kim loại ít bị biến dạng và có hiện tượng nhăn
+ Vùng màu đỏ và màu vàng không có (vùng kim loại bị phá hủy) Ứng suất tương đương trên các vùng của phôi sau khi dập vẫn đảm bảo nằm trong vùng an toàn cho phép ( nhỏ hơn ứng suất phá hủy của vật liệu)
*Các kết quả về đồ thị lực ép, hình ảnh phân bố ứng suất, biến dạng và xác định được bán kính cong của phôi tấm sau mỗi lần lăn ép Nếu đặt lượng ép lên phôi tấm là 0.05 mm, tốc độ quay của con lăn 60 v/ph, ta có được đồ thị lực ép như trên hình
1 với lực ép trung bình là 63 Tấn Hình 3.15 biểu diễn mức độ biến dạng của tấm sau 15 lần lăn ép và bán kính cong của tấm đạt Rsp = 285,15 mm
Hình 3.14: Đồ thị lực ép của con lăn trên
Hình 3.15: Phân bố biến dạng trên phôi tấm Để so sánh giữa kết quả tính toán với giải tích về ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản, ta tiến hành mô phỏng quá trình dập lăn ép với các lượng ép thay đổi từ 0.01 mm đến 0.5 mm, kết quả mối quan hệ giữa lực ép, lượng ép và bán kính cong của sản phẩm được trình bày như hình dưới đây
Hình 3.16: So sánh kết quả tính toán Lực ép-Lượng ép bằng phương pháp giải tích và mô phỏng số
Hình 3.17: So sánh kết quả tính toán Lực ép-Bán kính của tấm bằng phương pháp giải tích và mô phỏng số
Qua so sánh cho thấy sự tương hợp cao về kết quả tính toán giữa hai phương pháp giải tích và mô phỏng số tại mỗi lần ép về quan hệ giữa lực ép và lượng ép Tuy nhiên, có sự sai khác giữa tính toán giải tích và mô phỏng số về quan hệ giữa lực ép và bán kính cong của sản phẩm Điều này được giải thích do khi lượng ép nhỏ từ 0.01 mm đến 0.04 mm, phôi tấm có hiện tượng trượt giữa hai con lăn ép Để đảm bảo điều kiện ăn phôi vào trục và tránh hiện tượng trượt, ta nên lựa chọn lượng ép từ 0.05mm đến 0.5mm Song điều này cũng phải tính tới việc nếu lựa chọn lượng ép lớn, sẽ làm cho lực ép của máy tăng nhanh và phôi có thể bị biến mỏng