Chương 2: LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
2.1. Cơ sở lý thuyết uốn
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
2.1.3.5. Biến dạng dẻo và phá hủy
Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng.
Hình 4.II. Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại
Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < Fđh thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban đầu gọi là biến dạng đàn hồi.
Khi tải trọng đặt vào lớn F > Fđh , biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần. Biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo.
Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C.
- Xác định vị trí lớp trung hoà
Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính lớp trung hoà
Trong quá trình uốn bề mặt phía trong và phía ngoài của chi tiết bị biến dạng nén và kéo bởi lực kẹp nhưng có lớp kim loại ở giữa không bị biến dạng, lớp này gọi là lớp trung hoà .Ta ứng dụng lớp trung hoà này để tính sức bền vật liệu của phôi và tính lực kẹp cần thiết.
Bán kính của lớp trung hoà được xác định theo công thức: [7]
mm Trong đó: Btb là chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn
B : chiều rộng của phôi ban đầu (mm) S : chiều dày vật liệu (mm) r : bán kính uốn phía trong (mm)
: hệ số biến mỏng
Tỷ số gọi là hệ số biến rộng;
Fb Fa
Fdh
F1
b
c a
e
a' a''
O 1
Taíi troüng F
+
= . .. 2 2
S r
B Btb
2 B2
Btb = B+
B Btb
Tải trọng F
= : S1: hệ số vật liệu sau khi uốn.
Trong thực tế bán kinh lớp trung hoà có thể xác định theo công thức:
Trong đó: r: bán kính uốn phía trong
x: hệ số xác định khoảng cách lớp trung hoà đến bán kính uốn phía trong.
- Tính đàn hồi khi uốn
Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi thôi tác dụng lực thì vật uốn sẽ không giữ được kích thước và hình dạng như yêu cầu.
Hình 5.II. Tính đàn hồi khi uốn
Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn sau khi thực hiện quá trình uốn. Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu.
- Xác định chiều dài phôi uốn
Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng.
Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản.
Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa.
Chiều dài phôi được xác định theo công thức:[7]
Trong đó : - 0= 180 -
- l : Tổng chiều dài cac đoạn thẳng .
- chiều dài các lớp trung hòa.
- r: Bán kính uốn cong phía trong.
- x: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s.
- s: Chiều dày vật uốn.
S S1
S x r p= + .
+
( )
+ +
= l r xs
L .
180 .0
180. 0 ( + . ) 0
s x
r
Khi uốn một góc < 900 thì
- Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất
rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r trong ≥ rmin ).
+ Bán kính uốn lớn nhất :[7] rmax = rngoài ≥ r trong + s
E = 2,15.105 N/mm2: modun đàn hồi của vật liệu.
S: Chiều dày vật uốn.
T : giới hạn chảy của vật liệu.
+ Bán kính uốn nhỏ nhất:[7]
- : Độ giản dài tương đối của vật liệu (%).
Theo thực nghiệm có: r min = k.s k: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn .
- Công thức tính lực uốn
Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu. Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do.
Lực uốn tự do được xác định theo công thức:[7]
: hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s
B1: Chiều rộng của dải tấm.
S: Chiều dày vật uốn.
n: Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng: n = 1,6 - 1,8
b: giới hạn bền của vật liệu.
l: Khoảng cách giưã các điểm tựa.
- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức.
P = q.F (N) - q: Áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bảng.
- F: Diện tích phôi được tinh chỉnh.
2.1.3.6. Công nghệ uốn
Qua lịch sử phát triển hàng trăm năm của ngành uốn ống từ thô sơ đến phức tạp các thế hệ đi trước đã đúc kết thành những kinh nghiệm uốn ống như sau:
- Uốn có dùng cát bên trong
=
= l s
L .0,5
900
0
T
s
. 2
.
1 2 1
min
r s
−
=
1 1 2
1. . . .
k s l B
n s
P= B b = b
l n k s.
1 =
Khi uốn thủ công không có máy móc hiện đại thì cách làm hiệu quả nhất để cho ống không bị bóp méo ở phần bị biến dạng cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống như cát, đất,...để điền đầy diện tích rổng và bịt chặt 2 đầu và tiến hành uốn theo hình dáng yêu cầu.
Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dễ làm thích hợp với phương pháp thủ công.
Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đường kính nhỏ.
- Uốn nhờ chuyển động quay và uốn có dùng chày
Đối với những phương pháp dùng tới máy móc, đối với những ống có chiều dày ống nhỏ thì phải dùng chày để chống bóp méo ở những tiết diện uốn nó có thể phù hợp với nhiều loại tiết diện ống khác nhau kể cả đường kính to hay nhỏ.
Hình 6.II. Uốn có dùng chày 1. Má tĩnh 2. Puli uốn 3. Má động 4. Chày uốn
Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng và biến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được.
Các phôi ống được đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chày uốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó. Ống được bẻ cong qua puly uốn được cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốt nhất.
Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống xả , ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực... Những nơi không cho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn.
Hình 7.II. Máy uốn kiểu dùng chày uốn - Uốn không dùng chày
Khi ống uốn có chiều dày lớn thì ở tiết diện uốn không bị ảnh hưởng b ởi lực kẹp và lực uốn nên lúc này ta không cần đến chày hay vật liệu dùng để điền đầy tiết diện chống mà tự chiều dày của nó đã đủ điều kiện giúp ông không bị bóp méo khi uốn.
- Uốn kiểu ép đùn vào ống
Kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các phương pháp uốn ống.
Hình 8.II. Mô hình uốn kiểu ép đùn 1. Chày uốn 2. Phôi 3. Bàn máy 4. Thân máy
Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định. Bộ phận uốn chuyển động về giữa trục ống và tiến hành bẻ cong ống. Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng cả mặt trong và mặt ngoài của ống. Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ thuộc vào độ dày của vật liệu. Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng.
4 3 2 1
Hình 9.II. Sơ đồ lực quá trình uốn
Hình 10.II. Bộ phận máy uốn ép đùn - Uốn nhờ chuyển động quay
Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường kính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn.
Hình 11.II. Mô hình uốn kiểu kéo và quay
Hình 12.II. Sơ đồ lực quá trình uốn
Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được xác định sẵn từ trước. Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác.
- Uốn bằng các trục con lăn:
Được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi lớn hoặc các sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lớn.
Hình 13.II. Mô hình uốn kiểu trục lăn.
Hình 14.II. Sơ đồ lực quá trình uốn
Đầu cán gồm có 3 trục uốn, phôi uốn được lồng vào hai trục lăn hai bên trục lăn trên có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trìn h biến dạng ống (quá trình uốn). Quá trình điều khiển trục uốn trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng thủy lực.
Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trên tàu thủy... các vật có bán kính đường tâm rất lớn.
Kết luận: Từ những phân tích về các phương án của công nghệ uốn ta chọn phương án dùng chày để dùng trong quá trình uốn là tiện dụng hơn cả vì nó dùng được cho nhiều trường hợp có thể điều chỉnh được đường kính chày tuỳ thuộc vào đường kính ống,vì vậy trong máy này ta chọn phương án dùng chày uốn.