THUYẾT MINH BIẾN DẠNG TẤM II môn học cơ sở biến dạng tạo hình kim loại

QUÁ TRÌNH UỐN

Khái niệm quá trình uốn

Quá trình uốn là một trong những phương pháp gia công kim loại tấm phổ biến, biến đổi phôi có trục thẳng thành phôi có trục cong Quá trình này không chỉ tạo hình mà còn tăng cường độ cứng của vật liệu nhờ hiện tượng biến cứng trong gia công Uốn có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực tự động hóa, hàng không vũ trụ và công nghiệp ô tô.

- Nguyên công uốn được thực hiện trên các máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực, máy uốn tấm nhiều trục (máy lốc tấm), máy uốn profile chuyên dụng,…

Máy móc trong quá trình

Nguyên lý quá trình

Quá trình uốn kim loại diễn ra khi sử dụng chày, như lưỡi dao hoặc con lăn, để tạo ra moment uốn lên phôi kim loại đặt trong cối Nhờ vào moment uốn này, hình dạng của kim loại sẽ được hình thành một cách chính xác.

4.2 Các giai đoạn trong quá trình:

- Giai đoạn I: giai đoạn uốn tự do từ lúc bắt đầu uốn khi phôi tiếp xúc với dụng cụ ở

- Giai đoạn II: giai đoạn sự tiếp xúc của phôi nằm trong khe hở chày và cối.

- Giai đoạn III: giai đoạn chày tiếp tục đi xuống, ép phôi và giảm bán kính uốn của phôi.

- Giai đoạn IV: giai đoạn phôi tiếp xúc hoàn toàn với chày và cối trên tất cả các phần của bề mặt tiếp xúc.

Các thông số trong quá trình uốn

Hầu hết các quá trình uốn đều có các thông số đặc trưng như sau:

Các thông số được trình bày như trong hình, bao gồm có:

Phản lực P và Q là lực chính tạo ra moment uốn, dẫn đến biến dạng phôi Trong quá trình uốn, độ cong của phôi bị biến dạng tăng lên, gây ra quá trình biến dạng phức tạp Các lớp kim loại bên ngoài bị kéo, trong khi bên trong bị nén, và khi bán kính uốn giảm, biến dạng dẻo xảy ra trên toàn bộ bề dày của phôi.

- Sau khi uốn, hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn bị thay đổi

Sự thay đổi tiết diện ngang của phôi sẽ càng lớn khi bán kính uốn r càng nhỏ.

VII Phân bố ứng suất:

Khi uốn phôi, sơ đồ phân bố ứng suất cho thấy rằng thớ trên chịu ứng suất kéo, trong khi thớ dưới chịu ứng suất nén Ở giữa bề dày phôi có một đường không chịu ứng suất, được gọi là đường trung hòa ứng suất.

Trạng thái ứng suất trong vùng uốn được đặc trưng bởi các thành phần ứng suất σ ϴ theo hướng tiếp tuyến và σ ρ theo hướng kính, trong đó ứng suất σ ρ phát sinh do các thớ dọc của phôi ép lên nhau Bên cạnh đó, còn có thành phần ứng suất σ z theo hướng trục, xuất hiện do sự biến dạng đàn hồi của phôi theo chiều rộng, nằm cách mép phôi một khoảng nhất định.

Khi thực hiện uốn phôi dài rộng, do trở lực biến dạng theo phương ngang rất lớn, nên phương ngang gần như không xảy ra biến dạng Do đó, biến dạng có thể được coi là biến dạng phẳng, và trạng thái ứng suất sẽ là ứng suất khối.

Khi uốn phôi dài hẹp, phôi sẽ bị biến dạng theo phương ngang, dẫn đến biến dạng khối Trong quá trình này, trạng thái ứng suất được coi là phẳng, vì ứng suất σ z rất nhỏ so với ứng suất chảy và có thể xem như bằng không.

VIII Quá trình biến dạng:

8.1 Các giai đoạn của quá trình biến dạng:

Giá trị và phân bố ứng suất trong quá trình uốn phụ thuộc vào bán kính cong của phôi Ở giai đoạn đầu, khi bán kính cong lớn, phôi chỉ chịu biến dạng đàn hồi, giai đoạn này được gọi là UỐN ĐÀN HỒI.

Khi tiếp tục quá trình uốn, bán kính uốn sẽ giảm dần, dẫn đến việc các lớp kim loại xa tâm phôi bắt đầu biến dạng dẻo Ở giai đoạn này, ứng suất tiếp tuyển σ ϴ trong các lớp này đạt đến ứng suất chảy, và quá trình này được gọi là giai đoạn UỐN ĐÀN HỒI DẺO.

Khi tiếp tục giảm bán kính uốn, vùng biến dạng dẻo sẽ gia tăng trong khi biến dạng đàn hồi giảm Khi tỷ số r/S nhỏ hơn 5, toàn bộ tiết diện ngang của phôi sẽ ở trạng thái dẻo, đánh dấu giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn Trong giai đoạn này, lớp trung hòa ứng suất sẽ dịch chuyển rõ rệt về phía thớ chịu nén của phôi, và sự dịch chuyển này càng lớn khi bán kính uốn giảm.

8.2 Lớp trung hòa biến dạng:

Trong quá trình dịch chuyển của lớp trung hòa ứng suất, các lớp kim loại có thể trải qua biến dạng không đơn điệu, nơi mà những lớp kim loại ban đầu thuộc vùng nén có thể chuyển sang vùng kéo Hiện tượng này tạo ra một lớp kim loại mà biến dạng nén ban đầu trở thành biến dạng kéo sau đó, được gọi là LỚP TRUNG HÒA BIẾN DẠNG Bán kính cong của lớp trung hòa phụ thuộc vào mức độ biến dạng và loại vật liệu trong quá trình uốn Các đặc trưng năng lượng khi uốn, như moment uốn và lực biến dạng, cùng với biến dạng đàn hồi của phôi, được xác định gần đúng tại một giai đoạn cụ thể trong quá trình uốn, liên quan đến sự thay đổi bán kính uốn, trạng thái ứng suất biến dạng, trị số ứng suất và bán kính cong của mặt trung hòa.

Sau khi uốn, hình dạng và kích thước của tiết diện ngang phôi tại vùng uốn sẽ bị thay đổi, với sự thay đổi này càng lớn khi bán kính R nhỏ.

Sự thay đổi tiết diện ngang trong vùng uốn xảy ra do biến dạng dẻo theo bán kính chảy, với điều kiện thể tích không đổi Biến dạng này dẫn đến sự thay đổi biên dạng ngược dấu theo một hoặc hai hướng vuông góc, bao gồm hướng kính và hướng trục.

Khi uốn các phôi dài hẹp có tiết diện hình chữ nhật, kết quả sẽ tạo ra tiết diện hình thang Điều này xảy ra vì nửa chịu kéo sẽ có tiết diện ngang giảm, trong khi nửa chịu nén sẽ có tiết diện ngang tăng.

Khi uốn các phôi dài rộng hoặc dạng tấm, tiết diện ngang gần như không thay đổi, chỉ có bề dày giảm nhẹ do trở lực biến dạng theo phương ngang lớn.

8.3 Biến dạng đàn hồi trong quá trình uốn:

Quá trình uốn dẻo, tương tự như các dạng biến dạng dẻo khác, bao gồm biến dạng đàn hồi, dẫn đến sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiết sau khi uốn so với khuôn, cụ thể là bán kính uốn và góc uốn Sự đàn hồi này xảy ra do khi lực được loại bỏ, các lớp kim loại ở vùng nén giãn ra trong khi các lớp ở vùng kéo thu lại, gây ra sự thay đổi trong bán kính cong và góc uốn.

Biến dạng đàn hồi là yếu tố quan trọng cần xem xét khi xác định kích thước làm việc của khuôn, giúp loại bỏ việc nắn lại bằng tay sau khi dập Bằng cách nắm rõ các trị số đàn hồi và đặc điểm thay đổi của bán kính uốn cùng góc uốn, chúng ta có thể tính toán kích thước làm việc của khuôn một cách chính xác Cụ thể, công thức tính kích thước làm việc sẽ là: \( r_{ch} = \frac{r_{đ}}{h_{iồ}} - \Delta r = r_{chi tiết} - \Delta r \) và \( \alpha_{ch} = \frac{\alpha_{đ}}{h_{iồ}} - \Delta \alpha = \alpha_{chi tiết} - \Delta \alpha \).

Phân bố ứng suất

Khi uốn phôi, sơ đồ phân bố ứng suất cơ bản cho thấy rằng thớ trên chịu ứng suất kéo, trong khi thớ dưới chịu ứng suất nén Ở giữa bề dày phôi, có một đường đặc biệt không chịu ứng suất, được gọi là đường trung hòa ứng suất hay lớp trung hòa ứng suất.

Trạng thái ứng suất trong vùng uốn được đặc trưng bởi ứng suất σ ϴ theo hướng tiếp tuyến và ứng suất σ ρ theo hướng kính, trong đó σ ρ phát sinh từ sự ép chặt của các thớ dọc của phôi lên nhau Bên cạnh đó, còn có thành phần ứng suất σ z theo hướng trục, xuất hiện do biến dạng đàn hồi của phôi theo chiều rộng, nằm cách mép phôi một khoảng nhất định.

Khi tiến hành uốn phôi dài rộng, do trở lực biến dạng theo phương ngang rất lớn, nên phương ngang gần như không xảy ra biến dạng Vì vậy, chúng ta có thể coi biến dạng là biến dạng phẳng và trạng thái ứng suất sẽ được xem là ứng suất khối.

Khi uốn phôi dài hẹp, phôi sẽ bị biến dạng theo phương ngang, dẫn đến biến dạng khối Trong quá trình này, trạng thái ứng suất được coi là phẳng vì ứng suất σ z rất nhỏ so với ứng suất chảy, do đó có thể xem như bằng không.

Quá trình biến dạng

8.1 Các giai đoạn của quá trình biến dạng:

Giá trị và phân bố ứng suất trong quá trình uốn phụ thuộc vào bán kính cong của phôi Trong giai đoạn đầu, khi bán kính cong lớn, phôi chỉ trải qua biến dạng đàn hồi, và giai đoạn này được gọi là UỐN ĐÀN HỒI.

Khi tiếp tục quá trình uốn, bán kính uốn sẽ giảm, dẫn đến việc các lớp kim loại xa tâm phôi bắt đầu biến dạng dẻo Tại thời điểm này, ứng suất tiếp tuyển σ ϴ trong những lớp này đã đạt đến mức ứng suất chảy, và giai đoạn này được gọi là giai đoạn UỐN ĐÀN HỒI DẺO.

Khi giảm bán kính uốn, vùng biến dạng dẻo sẽ gia tăng trong khi biến dạng đàn hồi giảm Khi tỷ số r/S nhỏ hơn 5, tiết diện ngang của phôi sẽ chủ yếu ở trạng thái dẻo, đánh dấu giai đoạn UỐN DẺO HOÀN TOÀN Trong giai đoạn này, lớp trung hòa ứng suất sẽ dịch chuyển rõ rệt về phía thớ chịu nén của phôi, và mức độ dịch chuyển này sẽ tăng lên khi bán kính uốn giảm.

8.2 Lớp trung hòa biến dạng:

Trong quá trình dịch chuyển của lớp trung hòa ứng suất, các lớp kim loại có thể trải qua biến dạng không đơn điệu, chuyển từ vùng nén sang vùng kéo Điều này dẫn đến sự hình thành của lớp kim loại mà biến dạng nén ban đầu trở thành biến dạng kéo sau đó, được gọi là LỚP TRUNG HÒA BIẾN DẠNG Bán kính cong của lớp trung hòa phụ thuộc vào mức độ biến dạng và loại vật liệu trong quá trình uốn Các đặc trưng năng lượng khi uốn, như moment uốn và lực biến dạng, cũng như biến dạng đàn hồi của phôi sau khi loại bỏ tải trọng, được xác định gần đúng trong một giai đoạn nhất định của quá trình uốn, liên quan đến sự thay đổi bán kính uốn, trạng thái ứng suất biến dạng, trị số ứng suất và bán kính cong của mặt trung hòa.

Sau khi thực hiện quá trình uốn, hình dạng và kích thước của tiết diện ngang phôi tại khu vực uốn sẽ bị biến đổi Đặc biệt, sự biến đổi này sẽ trở nên rõ rệt hơn khi bán kính R của uốn giảm xuống.

Sự thay đổi tiết diện ngang tại vùng uốn xảy ra do biến dạng dẻo theo bán kính chảy, trong khi thể tích được giữ không đổi Điều này dẫn đến biên dạng ngược dấu theo một hoặc hai hướng vuông góc, bao gồm hướng kính và hướng trục.

Khi uốn các phôi dài hẹp có tiết diện hình chữ nhật, tiết diện sau khi uốn sẽ chuyển thành hình thang Điều này xảy ra do nửa chịu kéo có tiết diện ngang giảm, trong khi nửa chịu nén lại có tiết diện ngang tăng.

Khi uốn các phôi dài rộng hoặc dạng tấm, tiết diện ngang gần như không thay đổi, chỉ có bề dày giảm nhẹ do trở lực biến dạng theo phương ngang rất lớn.

8.3 Biến dạng đàn hồi trong quá trình uốn:

Quá trình uốn dẻo bao gồm cả biến dạng đàn hồi, dẫn đến sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiết sau khi uốn, so với khuôn Sự thay đổi này liên quan đến bán kính uốn và góc uốn Khi lực tác dụng được loại bỏ, các lớp kim loại ở vùng nén giãn ra trong khi các lớp ở vùng kéo thu lại, gây ra sự đàn hồi và làm thay đổi bán kính cong cùng góc uốn.

Biến dạng đàn hồi là yếu tố quan trọng cần xem xét khi xác định kích thước làm việc của khuôn, giúp loại bỏ việc nắn lại bằng tay sau khi dập Bằng cách nắm rõ các trị số đàn hồi và đặc điểm của sự thay đổi bán kính uốn và góc uốn, chúng ta có thể tính toán kích thước làm việc của khuôn như sau: r ch = r đ / h i ồ − △r = r chi ti t ế − △r và α ch = α đ / h i ồ − △α = α chi ti t ế − △α.

E.A.Popov đã giải bài toán đơn giản nhất để xác định biến dạng đàn hồi khi uốn dẻo thuần túy phôi dải rộng bằng vật liệu đồng nhất không hóa bền với bán kính uốn đủ nhỏ:

Trong đó: α u là góc uốn bằng 180 o - α

8.4 Các phương pháp giảm biến dạng đàn hồi trong quá trình uốn:

Một trong những cách hiệu quả để giảm biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết ở một góc là thay đổi kết cấu của chi tiết Cụ thể, việc thiết kế thêm các gân tăng cứng cắt ngang đường uốn sẽ giúp kìm hãm sự đàn hồi của chi tiết khi bỏ tải, từ đó góp phần giảm thiểu biến dạng đàn hồi.

Một phương pháp hiệu quả để giảm biến dạng đàn hồi khi uốn là sử dụng các bộ khuôn và máy chuyên dụng Những máy này không chỉ tạo ra lực uốn mà còn cung cấp lực kéo hoặc nén dọc trục lên phôi, từ đó giúp giảm thiểu biến dạng đàn hồi.

Một cách hiệu quả để giảm biến dạng đàn hồi cho phôi hình chữ U là giảm khe hở giữa chày và cối Tuy nhiên, việc này có thể tạo ra áp lực lên bề mặt phôi, dẫn đến giảm chất lượng bề mặt Để khắc phục vấn đề này, việc sử dụng chất bôi trơn phù hợp là cần thiết.

8.5 Kích thước trong quá trình biến dạng.

Độ dài phôi khi uốn tại một góc cụ thể được xác định dựa trên sự cân bằng với độ dài của lớp trung hòa biến dạng Do đó, đối với một chi tiết uốn, tổng độ dài của phôi bao gồm cả phần phôi thẳng và tổng độ dài của các cung, mà các cung này chính là độ dài của lớp trung hòa biến dạng.

Quan hệ giữa lực và biến dạng

Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.

- Ta có đồ thị mối quan hệ giữa lực và vị trí của chày như sau:

OE là giai đoạn biến dạng đàn hồi

EF vẫn là giai đoạn biến dạng nhưng lực hầu như không thay đổi

FG giai đoạn xảy ra trượt của kim loại

GH giai đoạn lực tăng lên đến điểm cuối, lúc này vật liệu gần như đã được định hình

HM giai đoạn ép với lực tăng mạnh để loại bỏ khoảng trống giữa khuôn và vật liệu.

Các quá trình uốn thường gặp

Việc áp dụng tấm cán profile từ phôi tấm hoặc phôi băng thay thế cho thép định hình cán nóng đã giúp giảm đáng kể khối lượng của các chi tiết chế tạo và các bộ phận máy khi lắp ráp.

Các tấm profile tiêu chuẩn hóa theo quy định nhà nước có thể được sản xuất bằng phương pháp uốn trong khuôn vạn năng, máy uốn tấm, hoặc máy uốn lốc profile Tiết diện ngang của các tấm profile rất đa dạng, đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau.

Một số tiết diện ngang của các tấm profile.

Việc chế tạo các tấm profile phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, chiều dày vật liệu và quy mô sản xuất Đối với sản xuất loạt nhỏ, các tấm profile có kích thước lớn và trung bình thường được chế tạo bằng phương pháp uốn trên các máy uốn tấm hoặc máy uốn tấm chuyên dụng.

Quá trình uốn tấm profile và phôi ống có chiều dày thành nhỏ gặp nhiều khó khăn do mất ổn định ở vùng nén, dẫn đến nếp nhăn và thay đổi góc giữa các cánh Ngay cả khi uốn với bán kính lớn, biến dạng đàn hồi vẫn đáng kể Do đó, khi uốn các phôi profile, cần chú ý đến các loại thép cán hình như thép góc và thép U để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

I, …) và các loại ống người ta thường sử dụng các loại thiết bị và đồ gá chuyên dùng thích hợp cho từng loại phôi khác nhau.

10.2 Uốn trên các máy có bàn quay.

Các phôi tấm profile có thành mỏng thường được uốn trên các máy chuyên dụng theo nguyên lý cuộn phôi Máy uốn profile có cấu trúc bao gồm bàn quay và xilanh khí nén hoặc thủy lực, với con lăn uốn hoặc miếng ép ở đầu cán pitong Bàn máy được trang bị kẹp chặt bánh dưỡng tương ứng với đường bao trong của chi tiết cần uốn Quá trình uốn bắt đầu khi một đầu phôi được kẹp chặt vào bánh dưỡng, sau đó bàn quay và con lăn ép chặt phôi vào dưỡng Cuối cùng, khi áp lực trong xilanh giảm, con lăn hoặc miếng ép sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo nén, cho phép tháo cơ cấu kẹp và lấy sản phẩm ra khỏi dưỡng.

Quá trình uốn có kéo không chỉ chịu tác động của moment uốn từ ngoại lực mà còn có lực kéo dọc trục tác động lên phôi, giúp giảm moment uốn Do đó, độ chính xác kích thước của chi tiết uốn sẽ được cải thiện tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng đàn hồi của nó khi moment uốn giảm.

Khi giảm moment uốn, biến dạng đàn hồi của phôi sẽ giảm theo Nếu moment uốn bằng không, tất cả các lớp của phôi chỉ chịu lực kéo, dẫn đến việc phôi chỉ bị biến dạng thẳng sau khi bỏ tải Điều này làm giảm biến dạng góc thực tế, từ đó tăng độ chính xác kích thước của chi tiết uốn.

Quá trình uốn có kéo dọc trục được thực hiện trên máy chuyên dụng, trong đó phôi được kéo sơ bộ quanh dưỡng trước khi tiến hành uốn Máy bao gồm các thành phần như xi lanh thủy lực để kéo, giá quay, xi lanh thủy lực để quay giá quay, dẫn hướng, tay đòn, dưỡng uốn, giá đỡ và san ga kẹp Quy trình này có thể hoàn toàn tự động và có khả năng điều chỉnh để uốn theo chương trình đã lập sẵn.

Khi uốn ống với bán kính nhỏ, thường xuất hiện nếp nhăn và thay đổi hình dạng mặt cắt ngang, dẫn đến tiết diện trở thành dạng ovan Độ ovan của tiết diện này được quy định theo tiêu chuẩn ngành Đối với bán kính uốn lớn, sai lệch giữa hai đường kính tại vùng uốn không được vượt quá 10%, trong khi với bán kính nhỏ, mức sai lệch cho phép là không lớn hơn 20%.

10.5 Uốn có nung nóng cục bộ.

Uốn có nung nóng cục bộ phôi là phương pháp uốn ống hiệu quả, trong đó phôi ống được di chuyển qua dụng cụ cảm ứng cao tần để nung nóng nhanh chóng một phần hẹp Khu vực này không chỉ chịu tác dụng của moment uốn mà còn là ổ biến dạng dẻo trong quá trình uốn, giúp nâng cao chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Khi uốn ống bằng phương pháp nung nóng cục bộ, vùng nén gần như không tạo ra nếp nhăn Điều này xảy ra nhờ vào chiều rộng của vùng nung nóng nhỏ, giúp phần phôi đã được nung chịu ứng suất nén Nhờ vậy, ống có thể được uốn với bán kính nhỏ mà không gặp phải tình trạng nhăn.

Phương pháp uốn ống có nung nóng cục bộ là kỹ thuật chế tạo các chi tiết cong trong hệ thống ống dẫn, sử dụng máy uốn ống chuyên dụng Nguyên lý hoạt động của máy bao gồm việc đưa phôi vào giá trượt qua các con lăn dẫn hướng và bộ cảm biến, nơi phôi được nung nóng bằng dòng cao tần ở một phần hẹp Sau khi rời bộ cảm biến, phôi được làm nguội bằng dòng nước qua thiết bị phun Cuối cùng, quá trình uốn ống được thực hiện bởi con lăn, với vị trí của nó tùy thuộc vào bán kính uốn yêu cầu.

Nhược điểm của phương pháp này là năng suất thấp, kích thước thiết bị lớn, giá thành cao, mặt bằng sản xuất phải lớn.

Ngoài các phương pháp uốn phổ biến trong chế tạo máy, còn có các kỹ thuật như uốn động từ bánh răng trung tâm và uốn đồng thời với lốc Những phương pháp này đã được nêu rõ trong các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành.

QUÁ TRÌNH DẬP SÂU

Dập sâu là một phương pháp gia công nhằm chuyển đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng thành các chi tiết rỗng với hình dạng và kích thước yêu cầu Điều kiện để thực hiện dập sâu là tỷ lệ giữa chiều sâu của sản phẩm và đường kính của nó phải lớn hơn 1.

Hình 2.1 Sơ đồ của quá trình dập sâu

Các chi tiết dập sâu có hình dạng khác nhau, chia làm các nhóm:

 Các chi tiết có hình dạng tròn xoay.

 Các chi tiết có hình dạng hộp.

 Các chi tiết có hình dạng phức tạp có một trục đối xứng hoặc không đối xứng.

 Các chi tiết trụ có thể có chiều dày đáy lớn hơn chiều dày thành.

Các chi tiết dập sâu có thể thực hiện với phôi ở trạng thái nguội mà không cần nung Tuy nhiên, đối với các chi tiết từ tấm kim loại dày hơn 20mm, việc nung phôi là cần thiết để giảm trở lực biến dạng.

Dập sâu được thực hiện trong các khuôn chuyên dụng, bao gồm các bộ phận quan trọng như cối với mép làm việc lượn tròn (Die), chày dập (Punch) và tấm chặn.

Giữa chày và cối dập sâu có 1 khe hở z, trị số khe hở tùy vào phương pháp dập, chiều dày S 0 vật liệu phôi và thứ tự nguyên công.

Hình 2.2 Dập sâu của chi tiết dạng trụ [3]

 Dập sâu không biến mỏng: Dập sâu không chủ định làm giảm chiều dày vật liệu, chỉ giảm đường kính phôi Trị số khe hở z≥S0.

 Dập sâu có biến mỏng: Dập sâu có chủ định làm thay đổi chiều dày phôi, đường kính giảm đi một ít Trị số khe hở z 1, cần phải ủ kết tinh các bán thành phẩm giữa các nguyên công dập sâu nhằm khôi phục tính dẻo và loại bỏ sự hóa bền.

Kích thước và hình dạng của phôi ban đầu được xác định dựa trên yêu cầu về sản phẩm cuối cùng Nếu giả sử chiều dày phôi không thay đổi và sản phẩm có dạng trụ đơn giản, đường kính phôi ban đầu có thể được tính dựa vào diện tích bề mặt của sản phẩm Đối với các sản phẩm phức tạp, có thể chia nhỏ các bề mặt để tính toán chính xác hơn.

Hệ số dập sâu β: là tỷ lệ giữa đường kính phôi ban đầu d0 và đường kính sản phẩm d1, β= d0/d1

Khi hệ số β tăng, mức độ biến dạng cũng gia tăng Trong quá trình này, hệ số β có thể thay đổi tùy thuộc vào đường kính phôi ban đầu; đường kính càng lớn thì hệ số β càng cao, tạo điều kiện thuận lợi cho biến dạng Tuy nhiên, việc tăng đường kính phôi ban đầu có thể gây ra nếp nhăn ở khu vực vành do ứng suất nén trong quá trình biến dạng Nếu có lực giữ phôi, tình trạng nếp nhăn sẽ không xảy ra.

Khi β tiếp tục tăng, quá trình biến dạng sẽ gián đoạn bởi sự xuất hiện của đứt gãy tại vị trí chuyển tiếp mặt đáy và thành bên ≫

Giới hạn của hệ số dập βmax phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu phôi, lực giữ phôi, điều kiện ma sát, hình dạng chày, cối…

2 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG

Hình 2.3 Ứng suất và biến dạng của quá trình dập sâu [7]

Khi chày đi xuống thì phôi đi vào trong cối tạo thành 3 khu vực chính: Phần đáy

Trong quá trình dập sâu, ngoại lực tác động qua chày vào phần đáy của chi tiết, trong khi phần vành của chi tiết vẫn tự do và không chịu lực Kết quả là phần vành trải qua ứng suất kéo và nén, dẫn đến sự gia tăng bề dày Hầu hết các biến dạng xảy ra tại các góc lượn, nơi mà vật liệu lướt qua để hình thành các thành bên.

Hình 2.4 Ứng suất và biến dạng tại các khu vực trong quá trình dập sâu.

Trong quá trình biến dạng, tấm kim loại xuất hiện nhiều vùng ứng suất khác nhau, dẫn đến sự phân bố ứng suất không đồng đều trong sản phẩm Khi chày tác dụng lực, quá trình biến dạng bị giới hạn bởi khe hở giữa chày và cối, cũng như giữa chày và đáy sản phẩm Chiều dày tấm S0 chỉ được duy trì ở phần tâm của đáy sản phẩm, trong khi giá trị này giảm đáng kể khi xa tâm và đạt mức thấp nhất tại bán kính cong của chày và cối, từ đó tạo ra xu hướng hình thành các vết nứt.

Hình 2.5 Sự phân bố biến dạng thực trong tấm kim loại.[3]

Bề dày của tấm kim loại phụ thuộc vào dấu của ứng suất φ3, với bề dày ở tâm A không thay đổi và giảm dần từ A đến D Để mô tả mức độ biến dạng trong quá trình dập sâu, người ta sử dụng đại lượng hệ số dập (Drawing ratio) Khi hệ số dập tăng, lực của chày cũng tăng, dẫn đến việc mép của đáy có thể bị đứt.

2.1 Phân tích biến dạng khu vực vành (Flange Area)

Vật liệu phần vành phôi phải chịu ứng suất nén theo hướng tiếp tuyến và ứng suất kéo hướng kính.

Sự phân bố biến dạng có thể được xác định trực tiếp trên sản phẩm sau khi dập bằng cách vẽ một hệ lưới với các vòng tròn có đường kính giống nhau trên phôi trước khi dập Sau đó, các giá trị biến dạng ε r, ε θ, ε t sẽ được tính toán dựa trên sự thay đổi kích thước của sản phẩm.

Hình 2.6 Phân bố biến dạng trong khu vực vành.[4]

Biến dạng tiếp tuyến ε θ (biến dạng circumferential) và biến dạng hướng kính ε r (biến dạng radial) tăng dần từ mép phôi đến trung tâm Các phần biến dạng ở vành cho thấy sự gia tăng bề dày ở bên ngoài phôi, sau đó hiệu ứng dày lên giảm dần từ ngoài vào trong.

Biến dạng tiếp tuyến ε θ, hay còn gọi là biến dạng chính εmax, được xem là biến dạng lớn nhất trong quá trình biến dạng của vật liệu Giá trị của biến dạng tiếp tuyến trên phần vành của phôi phản ánh mức độ biến dạng mà vật liệu trải qua.

Khi bán kính ngoài của phôi thay đổi từ R0 sang Rt trong một giai đoạn dập nhất định, biến dạng tiếp tuyến có thể được tính toán theo định luật bảo toàn khối lượng.

Hình 2.7 Thay đổi bán kính trong quá trình dập sâu.[4]

2.2 Phân tích ứng suất khu vực vành (Flange Area)

Ứng suất không thể xác định trực tiếp như phân bố biến dạng, mà chỉ có thể được suy luận qua lý thuyết Trong quá trình dập sâu, ứng suất nén σ z do tấm chặn gây ra có thể được bỏ qua, ngay cả khi có lực giữ phôi tác động lên bề mặt Do đó, chỉ còn lại hai ứng suất cần được xác định là ứng suất kéo σ r và ứng suất nén σ θ.

Hình 2.8 Phân bố ứng suất trong quá trình dập sâu.[3]