Khái niệm cơ bản về gia công dập và định luật khái niệm về tính dẻo của kim loại tấm

Thời gian đọc ước tính: 15 phút

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường bắt gặp những bộ phận như hình 1-1, có liên quan mật thiết đến cuộc sống của chúng ta.

Phương pháp gia công nào được sử dụng để sản xuất các bộ phận trên, vật liệu nào được sử dụng để sản xuất chúng, công cụ hoặc khuôn mẫu nào để sản xuất các bộ phận này và vật liệu nào được sử dụng để sản xuất các dụng cụ hoặc khuôn mẫu này. Đây là những gì chúng ta cần học trong khóa học này.

Khái niệm của dập và dập chết

Dập dập là một trong những phương pháp gia công tiên tiến và hiệu quả trong ngành sản xuất máy móc hiện đại. Nó sử dụng khuôn được lắp trên máy ép để tác động lực lên vật liệu ở nhiệt độ phòng, làm cho vật liệu tách ra hoặc biến dạng dẻo, để có được một phần trong số các bộ phận cần thiết. Loại phương pháp xử lý áp suất. Gia công dập là một dạng chính của gia công cắt. Vì quá trình dập thường được thực hiện ở nhiệt độ phòng nên nó thường được gọi là quá trình dập nguội. Và bởi vì vật liệu gia công của nó chủ yếu là vật liệu tấm, nó còn được gọi là gia công vật liệu tấm. Dập không chỉ có thể gia công các vật liệu kim loại mà cả các vật liệu phi kim loại.

Trong dập gia công, một bộ phận của thiết bị quá trình đặc biệt để gia công vật liệu thành các bộ phận dập (hoặc bán thành phẩm) được gọi là khuôn dập hoặc khuôn dập nguội. Khuôn dập là không thể thiếu trong quá trình thực hiện gia công dập. Không có khuôn dập đạt yêu cầu thì không thể tiến hành gia công khuôn dập; không có khuôn dập tiên tiến thì không thể đạt được quy trình dập tiên tiến. Thiết kế khuôn là chìa khóa của quá trình gia công dập nguội. Một bộ phận dập thường cần nhiều bộ khuôn để gia công thành hình. Trong sản xuất các bộ phận dập, công nghệ tạo hình dập hợp lý, khuôn mẫu tiên tiến và thiết bị dập hiệu quả là ba yếu tố không thể thiếu, như trong Hình 1-2.

Các tính năng của gia công dập

So với các phương pháp gia công khác (như gia công), dập có những đặc điểm sau.

• Có thể thu được các bộ phận có hình dạng phức tạp mà các phương pháp gia công khác không thể hoặc khó gia công như vỏ ô tô, cánh cửa, v.v.

• Vì độ chính xác về kích thước chủ yếu được đảm bảo bởi khuôn, các bộ phận được gia công có chất lượng ổn định, tính nhất quán tốt và có các đặc điểm của “bản sắc”.

• Dập gia công là một loại gia công mà không cần cắt. Một số bộ phận được dập trực tiếp mà không cần gia công lại, và tỷ lệ sử dụng vật liệu cao.
• Biến dạng dẻo của vật liệu kim loại có thể được sử dụng để cải thiện độ bền và độ cứng của phôi.
• Năng suất cao, dễ dàng thực hiện tự động hóa.
• Khuôn có tuổi thọ cao và chi phí sản xuất tương đối thấp.
• Quá trình dập dễ vận hành, nhưng nó có một mức độ nguy hiểm nhất định, vì vậy an toàn cần được chú ý trong sản xuất.

Ứng dụng của gia công dập

Do gia công dập có nhiều ưu điểm nên ứng dụng của gia công dập rất rộng rãi. Nó chiếm một vị trí rất quan trọng trong sản xuất ô tô, máy kéo, động cơ, đồ điện, đồ chơi dụng cụ và các nhu cầu thiết yếu hàng ngày. Nhiều bộ phận được sản xuất bằng phương pháp đúc, rèn, cắt trước đây nay được thay thế bằng các bộ phận dập có độ cứng tốt và trọng lượng nhẹ.

Theo thống kê trong những năm gần đây, trong sản xuất cơ điện và thiết bị đo đạc, các bộ phận từ 60% đến 70% được hoàn thiện bằng công nghệ dập. Khoảng 60% ~ 70% của các bộ phận trong sản xuất ô tô được thực hiện bằng quy trình dập, và lao động của sản xuất dập là 25% ~ 30% của lao động toàn ngành ô tô. Trong các sản phẩm điện tử, tỷ trọng các bộ phận dập cũng khá lớn. Các sản phẩm kim loại được sử dụng trong đời sống hàng ngày của con người như nồi nhôm, bộ đồ ăn inox,… chiếm tỷ lệ lớn hơn trong bộ phận dập. Vì vậy, công nghệ dập được sử dụng rộng rãi, việc học tập, nghiên cứu và phát triển công nghệ dập có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển của nền kinh tế nước ta và đẩy mạnh xây dựng công nghiệp hiện đại.

Sự phát triển của công nghệ dập có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển của nền kinh tế đất nước tôi và việc đẩy mạnh xây dựng công nghiệp hiện đại.

Quy trình cơ bản của quá trình dập

Do hình dạng, kích thước và độ chính xác của các bộ phận dập khác nhau, các loại quy trình được sử dụng trong quá trình dập là khác nhau. Theo đặc điểm biến dạng của nó, nó có thể được chia thành hai loại sau đây.

• Quá trình phân tách. Là quá trình tách vật liệu tấm theo một đường bao nhất định để thu được chi tiết dập (thường được gọi là chi tiết phôi) có hình dạng, kích thước và chất lượng mặt cắt nhất định. Quá trình tách chủ yếu bao gồm các quá trình đục lỗ, làm trống, cắt tỉa và các quy trình khác.
• Quá trình hình thành. Quá trình làm cho vật liệu biến dạng dẻo mà không bị vỡ để có được một bộ phận dập có hình dạng, kích thước và độ chính xác nhất định. Quá trình tạo hình chủ yếu bao gồm uốn, kéo sâu, đánh cờ, phồng, bện, v.v.

Ngoài ra, để nâng cao năng suất lao động, hai hoặc nhiều quy trình cơ bản thường được kết hợp thành một quy trình, chẳng hạn như chần và duỗi, cắt và uốn, đột dập và gấp mép, v.v., được gọi là quy trình tổng hợp. Trong thực tế sản xuất, hầu hết các bộ phận được sản xuất theo lô đều được hoàn thiện bằng quy trình tổng hợp.

Biến dạng dẻo của tấm kim loại và các định luật cơ bản của nó

Các dập quá trình tạo hình của chi tiết dập thực chất là quá trình biến dạng dẻo của tấm kim loại. Về lý thuyết cơ bản của biến dạng dẻo, trong các công trình về cơ học gia công dẻo đã được trình bày chi tiết và có hệ thống, ở đây chỉ trình bày sơ lược về lý thuyết liên quan.

Khái niệm cơ bản về biến dạng dẻo kim loại

• Độ dẻo

Tính dẻo là khả năng của kim loại có thể chịu được biến dạng vĩnh viễn một cách ổn định mà không làm hỏng tính toàn vẹn của nó dưới tác dụng của ngoại lực. Nó phản ánh khả năng biến dạng của kim loại và là một tính chất gia công quan trọng của kim loại. Kích thước của độ dẻo có thể được đánh giá bằng chỉ số độ dẻo. Ví dụ, chỉ số độ dẻo trong thử nghiệm kéo có thể được biểu thị bằng độ giãn dài δ và sự giảm diện tích ψ. Tính dẻo của kim loại không cố định, nó bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như cấu trúc kim loại, nhiệt độ biến dạng, tốc độ biến dạng và kích thước phôi.

• Biến dạng dẻo

Vật bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Sau khi tác dụng ngoại lực, vật có thể trở lại hình dạng và kích thước ban đầu. Biến dạng như vậy được gọi là biến dạng dẻo.

• Chống biến dạng

Khả năng chống biến dạng đề cập đến khả năng của một kim loại chống lại sự thay đổi hình dạng và biến dạng dư. Khả năng chống biến dạng phản ánh độ khó biến dạng dẻo của vật liệu. Nói chung, độ dẻo tốt và khả năng chống biến dạng thấp là có lợi cho biến dạng dập, nhưng không thể nói rằng vật liệu nhất định có độ dẻo tốt và khả năng chống biến dạng phải dưới đây. Khi vật liệu được đùn nguội, nó thể hiện tính dẻo tốt dưới tác dụng của ứng suất nén ba chiều, nhưng lực đùn nguội cũng rất lớn.

• Căng thẳng

Dưới tác dụng của ngoại lực, lực tương tác giữa các phần tử khác nhau trong vật gọi là nội lực. Nội lực trên một đơn vị diện tích được gọi là ứng suất. Có ứng suất bình thường và ứng suất cắt. Ứng suất thông thường được biểu thị bằng σ và ứng suất cắt được biểu thị bằng τ. Đơn vị của ứng suất thường là MPa.

• Sự căng thẳng, quá tải

Khi một vật chịu tác dụng của ngoại lực và nội lực thì vật đó sẽ bị biến dạng. Đại lượng vật lý đặc trưng cho độ lớn của độ biến dạng của một vật được gọi là biến dạng. Giống như ứng suất, biến dạng cũng có biến dạng bình thường và biến dạng cắt. Biến dạng bình thường được biểu thị bằng ε, và biến dạng cắt được biểu thị bằng γ.

• Điểm của trạng thái căng thẳng

Lực của mỗi điểm trong vật liệu thường được gọi là trạng thái ứng suất của điểm. Trạng thái ứng suất của một điểm được biểu diễn bằng ứng suất trên mỗi bề mặt vuông góc với nhau trên khối đơn vị được lấy tại điểm, như trong Hình 1-3 (a). Nói chung, các lực này có thể được phân chia thành 9 thành phần ứng suất dọc theo phương tọa độ, bao gồm 3 ứng suất pháp tuyến và 6 ứng suất cắt, như thể hiện trong Hình 1-3 (b).

• Căng thẳng chính

Đối với bất kỳ loại trạng thái ứng suất nào, luôn có một tập hợp các hệ tọa độ như vậy, sao cho chỉ ứng suất pháp tuyến xuất hiện trên mỗi bề mặt của khối đơn vị và không có ứng suất cắt, như thể hiện trong Hình 1-3 (c). Ba ứng suất pháp tuyến này được gọi là ứng suất chính và được biểu thị bằng σ1, σ2, và σ3 tương ứng. Khi ứng suất σ1> 0 gọi là ứng suất kéo, khi ứng suất σ1 <0 gọi là ứng suất nén.

Thực nghiệm đã chứng minh rằng trạng thái ứng suất có ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại. Số lượng ứng suất nén càng nhiều, giá trị càng lớn thì tính dẻo của kim loại càng tốt; số ứng suất kéo càng nhiều, trị số càng lớn thì tính dẻo của kim loại càng kém.

• Biến dạng chính và biểu đồ biến dạng chính.

Ứng suất trong phần thân bị biến dạng phải kèm theo biến dạng, và trạng thái biến dạng của điểm cũng được biểu thị bằng phần thân. Tương tự như trạng thái ứng suất, biểu đồ trạng thái biến dạng cũng có thể được sử dụng để biểu thị trạng thái biến dạng của một điểm. Có thể tìm thấy một tập hợp các hệ tọa độ sao cho chỉ các thành phần biến dạng chính ε1, ε2, ε3 và không có thành phần biến dạng cắt nào xuất hiện trên mỗi bề mặt của phần thân đơn vị, như trong Hình 1-4 (a). Trạng thái biến dạng chỉ có biến dạng chính sơ cấp. Chỉ có ba trạng thái biến dạng có thể xảy ra, như trong Hình 14 (b).

Trạng thái biến dạng có ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại. Từ thực tế có thể biết rằng mức độ biến dạng thu được khi nén một hướng lớn hơn nhiều so với kéo giãn đơn trục, và sự ép đùn ở trạng thái ứng suất nén ba hướng có thể tạo ra độ dẻo lớn hơn hình vẽ khi nén hai hướng và một -đường kéo dài. Ở trạng thái ứng suất, số lần ứng suất nén lớn, ứng suất nén lớn, độ dẻo tốt; ngược lại, số lượng ứng suất nén ít thì ứng suất nén nhỏ, thậm chí tồn tại ứng suất kéo thì tính dẻo kém. Điều này là do các vết nứt và khuyết tật vật liệu dễ lộ ra và phát triển theo hướng biến dạng kéo, nhưng không dễ lộ ra và phát triển theo hướng biến dạng nén.

Đường ứng suất biến dạng

Hình 1-5 cho thấy đường cong ứng suất-biến dạng của thép cacbon thấp trong thử nghiệm kéo. Qua hình vẽ có thể thấy rằng vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo khi ứng suất đạt đến giới hạn chảy ban đầu σ0. Lúc này có thể xảy ra biến dạng lớn khi không tăng ứng suất, trên hình vẽ xuất hiện một bệ đỡ. Hiện tượng này được gọi là năng suất. Sau một thời gian tạo ra bình nguyên, ứng suất bắt đầu tăng lên cùng với sự gia tăng của biến dạng (như thể hiện trong đường cong cGb). Nếu nó được dỡ tải ở giữa biến dạng (G trong hình), ứng suất và biến dạng sẽ quay trở lại dọc theo đường thẳng GH để khôi phục lại biến dạng đàn hồi (HJ) và giữ nguyên biến dạng dẻo của nó (OH). Nếu mẫu thử được tải lại, đường cong sẽ bắt đầu từ H và tăng dọc theo đường thẳng HG đối với biến dạng đàn hồi cho đến khi điểm G không bắt đầu chịu tải, và ứng suất và biến dạng tiếp theo sẽ vẫn thay đổi theo đường cong Gb. Có thể thấy rằng ứng suất tại điểm G là ứng suất chảy khi mẫu thử được tải lại. Nếu bạn lặp lại quá trình dỡ tải và chất tải ở trên, bạn sẽ thấy rằng ứng suất chảy trong quá trình gia tải liên tục tăng dọc theo đường cong Gb do sự gia tăng biến dạng liên tiếp, điều này cho thấy vật liệu đang dần dần cứng lại. Quá trình làm cứng của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành của tấm kim loại, không chỉ làm tăng lực biến dạng, mà còn hạn chế sự biến dạng thêm của len. Ví dụ, khi một phần được vẽ sâu được vẽ nhiều lần, nó thường được ủ trước khi vẽ tiếp theo để loại bỏ hiện tượng khô cứng do vẽ trước gây ra. Nhưng cứng đôi khi có lợi. Ví dụ, trong quá trình tạo hình kéo dài, nó có thể làm giảm biến dạng cục bộ quá mức và làm cho biến dạng đồng đều hơn.

Đối với nhu cầu thực tế, đường cong ứng suất-biến dạng phải được biểu thị bằng công thức toán học. Tuy nhiên, do các đường cong cứng của các vật liệu khác nhau có các đặc điểm khác nhau, nên không thể biểu thị chính xác chúng bằng cùng một công thức toán học. Các biểu thức toán học của một số đường cong cứng thường được sử dụng hiện nay đều là gần đúng. Ví dụ, biểu thức tuyến tính của đường cong ứng suất-biến dạng là σ = σ₀+ Fε

Trong công thức, giới hạn chảy gần đúng của σ0 cũng là điểm giao nhau của đường cứng trên trục tọa độ;

F-Hệ số góc của đường thẳng đông cứng được gọi là môđun tăng cứng, cho biết kích thước độ cứng của vật liệu.

Định luật phương sai của thể tích biến dạng dẻo

Thực tiễn đã chứng minh rằng trong sự biến dạng dẻo của một vật thì thể tích trước khi biến dạng bằng thể tích sau khi biến dạng. Đây là quy luật bất biến của thể tích biến dạng dẻo kim loại. Nó là cơ sở để chúng tôi tính toán kích thước trống trong quá trình biến dạng sau này. Được thể hiện bằng công thức

ε₁+ ε₂+ ε₃=0

Định luật về khả năng chống biến dạng dẻo nhỏ nhất

Biến dạng dẻo phá hủy sự cân bằng tổng thể của kim loại và ép kim loại chảy. Khi các điểm khối lượng của vật thể biến dạng có thể chuyển động theo các hướng khác nhau, mỗi điểm khối lượng chuyển động theo hướng ít lực cản nhất, đó là định luật về lực cản nhỏ nhất. Trống bị biến dạng trong khuôn, và biến dạng tối đa của nó sẽ theo hướng có ít lực cản nhất. Định luật về lực cản ít nhất có ứng dụng rất linh hoạt và rộng rãi trong quá trình dập, có thể hướng dẫn chính xác quy trình dập và thiết kế khuôn, đồng thời giải quyết các vấn đề chất lượng trong sản xuất thực tế.

Điều kiện nhựa

Cái gọi là điều kiện dẻo là ở trạng thái ứng suất một chiều nếu ứng suất kéo hoặc nén đạt đến điểm chảy của vật liệu thì nó có thể nhường và đi vào trạng thái dẻo từ trạng thái đàn hồi. Tuy nhiên, đối với các trạng thái ứng suất phức tạp, không chỉ có thể đánh giá liệu một điểm có sinh ra hay không dựa trên một thành phần ứng suất mà còn phải xem xét ảnh hưởng toàn diện của từng thành phần ứng suất. Ở trạng thái ứng suất phức tạp, khi các thành phần ứng suất tuân theo một quan hệ nhất định, nó có thể tương đương với điểm chảy xác định dưới trạng thái ứng suất một chiều. Để vật từ trạng thái đàn hồi chuyển sang trạng thái dẻo. Lúc này, mối quan hệ giữa các thành phần ứng suất được gọi là điều kiện dẻo, hay chỉ tiêu chảy.

Các điều kiện dẻo phải được kiểm tra xác nhận bằng các thí nghiệm. Có hai loại điều kiện dẻo đã được kiểm tra và công nhận trong thực tế: tiêu chí năng suất H. Tresca và tiêu chí năng suất Von Mises.

• Tiêu chí Năng suất Kureisgar

Năm 1864, kỹ sư người Pháp H. Tresca tin rằng vật liệu bắt đầu chảy khi ứng suất cắt lớn nhất đạt đến một giá trị nhất định, đó là tiêu chuẩn năng suất Tresca. Biểu thức toán học của nó là

Trong công thức, σs — giới hạn chảy của vật liệu.

• Nguyên tắc dịch vụ của Von Mises

Năm 1913, học giả người Đức Von mises đề xuất rằng trong những điều kiện biến dạng nhất định, bất kể trạng thái ứng suất của vật thể bị biến dạng là gì, miễn là ba ứng suất chính của nó đáp ứng các điều kiện sau, vật liệu sẽ bắt đầu sinh ra, tức là Missis Năng suất

Sau đó, biểu thức toán học của nó là

(σ₁-σ₂)²+ (σ₂-σ₃)²+ (σ₃-σ₁)²= 2σ²_NS

Mối quan hệ giữa căng thẳng và căng thẳng

Cơ thể biến dạng dưới tác dụng của lực, do đó giữa ứng suất và sức căng phải có mối quan hệ nhất định. Khi một vật bị biến dạng đàn hồi, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính, quá trình biến dạng là thuận nghịch và sự biến dạng của nó có thể phục hồi bất kể quá trình tải của vật đó. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể được xác định bằng định luật Hooke tổng quát. Nói. Sau khi vật thể biến dạng dẻo, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của nó là khác nhau. Trong lực căng hoặc nén một chiều, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể được biểu diễn bằng một đường cong cứng. Tuy nhiên, khi chịu ứng suất hai phương hoặc ba phương, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong vùng biến dạng khá phức tạp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong điều kiện gia tải đơn giản (chỉ có tải và không tải trong quá trình gia tải và các thành phần ứng suất tăng theo một tỷ lệ nhất định), tại mỗi thời điểm biến dạng dẻo, có mối quan hệ sau giữa ứng suất chính và ứng suất chính.

Trong công thức, C - hằng số tỷ lệ không âm;

σ_NS—Căng thẳng trung bình. Trong những điều kiện nhất định, C chỉ liên quan đến tính chất của vật liệu và mức độ biến dạng, không liên quan gì đến trạng thái ứng suất của vật, vì vậy giá trị C cũng có thể nhận được bằng thí nghiệm kéo đơn trục.

Các phương trình vật lý nêu trên còn được gọi là lý thuyết toàn phần về biến dạng dẻo.

Hiện tượng cứng công việc

Các vật liệu kim loại thường được sử dụng làm tăng độ bền và độ cứng trong quá trình biến dạng dẻo, trong khi hiện tượng giảm độ dẻo và độ dẻo được gọi là gia công cứng hoặc gia công nguội. Quá trình gia công cứng có tác động lớn đến nhiều quá trình dập. Ví dụ, việc giảm độ dẻo sẽ hạn chế sự biến dạng tiếp theo của mẫu trắng. Thông thường cần phải tăng quá trình ủ trước quá trình tiếp theo để loại bỏ hiện tượng khô cứng. Chăm chỉ làm việc cũng có mặt tích cực, chẳng hạn như nâng cao khả năng chống lại sự bất ổn cục bộ và nếp nhăn.

Tải lại hiện tượng làm mềm

Nếu vật liệu được tải ngược lại sau khi biến dạng dẻo nguội, giới hạn chảy của vật liệu sẽ bị giảm. Tức là, biến dạng dẻo dễ xảy ra hơn khi chịu tải ngược, được gọi là hiện tượng làm mềm do tải ngược. Hiện tượng làm mềm tải trở lại có ý nghĩa thực tế đối với việc phân tích các quá trình dập nhất định (chẳng hạn như uốn kéo dài).

Vui lòng bấm vào https://www.harslepress.com/để biết thêm thông tin về báo chí đấm!