Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Thiết kế và chế tạo mô hình máy uốn móc áo tự động...

Tài liệu Thiết kế và chế tạo mô hình máy uốn móc áo tự động

.DOCX
85
560
54

Mô tả:

MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG...............................................................................................................7 I.1. Tìm hiểu lịch sử hình thành máy uốn.............................................................7 I.2. Các sản phẩm uốn trong công nghệp và đời sống...........................................8 I.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp..........................................................8 I.2.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt...............................................................8 I.3. Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhôm uốn............................................................9 I.3.1 Đặt vấn đề...............................................................................................9 I.3.2. Giới thiệu sản phẩm móc áo và các loại máy uốn hiện có........................9 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI. .13 II.1. Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại..........................................13 II.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại................14 II.1.1.1. Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại................................15 II.1.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ...................................................................15 II.1.1.3. Ảnh hưởng của ứng suất dư..............................................................15 II.1.1.4. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính.........................................15 II.1.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng......................................................16 II.1.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo..........................................16 II.1.3. Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội........................................19 II.1.4. Biến dạng dẻo và phá hủy.......................................................................20 II.2. Khái niệm uốn..........................................................................................21 II.2.1. Định nghĩa.............................................................................................21 II.2.2. Quá trình uốn.........................................................................................21 II.2.3. Tính đàn hồi khi uốn..............................................................................22 II.2.3.1. Xác định chiều dài phôi uốn.............................................................23 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 1 II.2.3.2. Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất...................................................24 II.2.4. Công thức tính lực uốn...........................................................................24 Chương III: TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ UỐN................................26 III.1. Các phương pháp uốn ống.......................................................................26 III.1.1. Uốn kiểu ép đùn vào ống.......................................................................26 III.1.2. Uốn kiểu kéo và quay............................................................................27 III.1.3. Uốn kiểu có chày uốn............................................................................27 III.1.4. Uốn bằng các trục lăn...........................................................................28 Chương IV: THIẾT KẾ MÁY UỐN MÓC ÁO....................................................29 IV.1. Phân tích các phương án..........................................................................29 IV.1.1. Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn..............................................29 IV.1.2. Lựa chọn phương án truyền động.........................................................29 IV.1.3. Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí...........................................................29 IV.2. Tính toán các cơ cấu máy..........................................................................30 IV.2.1. Tính chọn xylanh uốn dưới:................................................................31 IV.2.2. Tính chọn xylanh kẹp trên:................................................................33 IV.2.3. Tính chọn 2 xylanh uốn trên:.............................................................36 IV.2.5. Tính chọn xylanh cắt:........................................................................39 IV.2.6. Tính toán bộ nắn thẳng......................................................................42 Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG..............................................................49 V.1. Thiết kế và thi công bộ nắn thẳng...............................................................49 V.1.1. Khung nắn thẳng..................................................................................49 V.2. Thiết kế và thi công bộ cắt..........................................................................49 V.2.1. Dao cắt.................................................................................................49 V.2.2. Bộ phận cắt..........................................................................................50 V.3. Thiết kế và thi công bộ uốn móc.................................................................52 V.4. Thiết kế và thi công bộ phận giá đỡ phôi....................................................53 V.5. Thi công hoàn chỉnh máy...........................................................................54 Chương VI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN.........................55 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 2 VI.1. Lựa chọn phương án điều khiển................................................................56 VI.1.1. Các phần tử truyền động....................................................................56 V.1.2. Các phương pháp điều khiển................................................................56 V.1.3. Phân tích lựa chọn phương án điều khiển.............................................56 VI.2. Giới thiệu về bộ khả lập trình PLC............................................................58 VI.2.1. Giới thiệu về PLC...............................................................................58 VI.2.2. PLC SIMATIC S7-200 CPU 226:...........................................................59 VI.2.2.1. Cấu trúc phần cứng:........................................................................59 VI.2.2.2. Cổng truyền thông:..........................................................................61 VI.2.2.3. Mở rộng cổng vào ra........................................................................62 VI.3. Xây dựng chương trình điều khiển...........................................................63 VI.3.1. Rút gọn nhóm 1...................................................................................64 VI.3.2. Rút gọn nhóm 2..................................................................................68 VI.3.3. Rút gọn nhóm 3...................................................................................71 VI.3.4. Xác định tín hiệu động cơ nắn thẳng (ĐCN) và động cơ xoắn (ĐCX).. 74 VI.3.5. Xác định tín hiệu trung gian giữa các nhóm.......................................75 VI.3.6. Lựa chọn các phần tử điều khiển.........................................................75 VI.3.7. Thiết lập sơ đồ kết nối xilanh, động cơ và PLC...................................76 VI.3.7.1. Sơ đồ kết nối PLC............................................................................76 VI.3.7.2. Sơ đồ nối dây giữa xilanh, van và rơ le điện từ.................................77 VI.3.8. Chương trình điều khiển........................................................................78 TÀI LIÊÊU THAM KHẢO..................................................................................84 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 3 DANH MỤC HÌNH VE Trang H.1.1: Một số sản phẩm uốn 2 H.1.2: Sản phẩm uốn 3 H.1.3: Một số sản phẩm móc áo trên thị trường 4 H.1.4: Các loại máy uốn móc áo theo cơ cấu Cam 5 H.1.5: Máy uốn móc theo cơ cấu dây chuyền 6 H.2.1: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể 7 H.2.2: Các dạng ứng suất chính 10 H.2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng 13 H.2.4: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai 14 H.2.5: Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn 16 H.2.6: Phôi ống sau khi uốn 16 H.2.7: Tính đàn hồi khi uốn 17 H.3.1: Mô hình uốn kiểu ép đùn 20 H.3.2: Bộ phận máy uốn ép đùn 20 H.3.3: Mô hình uốn kiểu kéo và quay 21 H.3.4: Mô hình uốn kiểu có chày uốn 21 H.3.5: Máy uốn kiểu dùng chày uốn 22 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 4 H.4.1: Sơ đồ cơ cấu uốn dưới 25 H.4.2: Sơ đồ cơ cấu kẹp dưới 27 H.4.3: Sơ đồ cơ cấu kẹp trên 29 H.4.4: Sơ đồ cơ cấu uốn trên 31 H.4.5: Sơ đồ bộ nắn thẳng 37 H.4.6: Sơ đồ tính lực con lăn nắn 37 H.4.7: Sơ đồ tính lực con lăn kéo 38 H.4.8: Sơ đồ tính trục 40 H.4.9: Kích thước trục thiết kế 42 H.4.10: kích thước ổ lăn 43 H.5.1: Khung nắn thẳng đã được hoàn thiện 44 H.5.2: Bộ phận nắn thẳng sau khi hoàn thành 45 H.5.3: Sơ đồ bộ phận cắt 46 H.5.4: Bộ phận cắt sau khi hoàn thành 47 H.5.5: Bộ phận uốn móc sau khi hoàn thiện 48 H.5.6: Máy thực tế 49 H.6.1: Biểu đồ trạng thái 50 H.6.2: Cấu trúc cơ bản của PLC 54 H.6.3: PLC 226 55 H.6.4: Truyền thông trong S7-200 57 H.6.5: Module mở rộng CPU 226 58 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 5 H.6.6: Biểu đồ trạng thái nhóm 1 59 H.6.7: Biểu đồ trạng thái nhóm 2 63 H.6.8: Biểu đồ trạng thái nhóm 3 65 H.6.9: Biểu đồ trạng thái 68 H.6.10: Sơ đồ kết nối PLC 70 H.6.11: Sơ đồ nối dây xilanh, động cơ 71 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 6 Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG I.1. Tìm hiểu lịch sử hình thành máy uốn Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép các loại dầu lạc, hướng dương... Những vật thể tròn xoay này dần được thay thế bằng nhôm, thép, đồng thau và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển thì nó ngày càng được hoàn thiện dần ví dụ như ban đầu các trục cán còn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn thì máy ngày càng to hơn thì con người không thể dẫn động được các trục cán này thì ta lại dẫn động bằng sức trâu, bò, ngựa... Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công xuất động cơ là mã lực (sức ngựa). Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyển sang dùng động cơ hơi nước. Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậy sản phẩm cán, uốn được phong phú hơn trước có cả thép tấm, thép hình, đồng tấm, đồng dây. Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tấm phục vụ cho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ...mà chiếc máy cán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870. Sau đó là chiếc máy cán 6 trục,12 trục, 20 trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời trong các loại máy này có máy uốn ống. Từ khi điện ra đời thì máy cán được dẫn động bằng động cơ điện, đến nay có những máy cán có công suất động cơ điện lên đến 7800 (KW). Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật cho nên các máy cán được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc theo chương trình điều khiển. SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 7 I.2. Các sản phẩm uốn trong công nghệp và đời sống I.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu,dẫn khí...được ứng dụng trong rất nhiều ngành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia... Trong nghành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũng đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản...góp phần tiết kiệm chi phí trong vận chuyển và sản xuất. I.2.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox. Các sản phẩm như: lan can, bàn ghế... Một số hình ảnh minh hoạ: SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 8 Hình 1.1 : Một số sản phẩm uốn. Hình 1.2 : Sản phẩm uốn. I.3. Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhôm uốn I.3.1. Đặt vấn đề Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm của nhôm uốn được ứng dụng rộng rãi cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp thì sản phẩm ống uốn giữ một vai trò quan trọng vì nó được dùng làm để dẫn nhiên liệu cả khí lẫn lỏng, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia. Trong sinh hoạt thì sản phẩm ống uốn được ứng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn ghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt.còn trong dời sống hằng ngày móc áo nhôm là thứ mà ta thường thấy nhất cùa sãn phẩm nhôm uốn... I.3.2. Giới thiệu sản phẩm móc áo và các loại máy uốn hiện có Hiện nay móc áo là một sản phẩm thông dụng và cần thiết trong đời sống sinh hoạt của mọi người, nó xuất hiện trong mọi gia đình, trên mọi quốc gia. Móc áo được sử dụng để giữ áo quần và các vật dụng có dạng tấm mỏng để phơi sau khi được làm sạch bằng nước. Móc áo cơ nhiều loại với hình dáng, kích thước, vật liệu, công dụng khác nhau, về vật liệu thì ta có móc gỗ, móc nhựa, móc kẽm, móc thép, móc inox,… SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 9 Hình 1.3: Một số sản phẩm móc áo trên thị trường. Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy làm móc áo với nhiều chủng loại, kích thước, cơ cấu hoạt động khác nhau, có máy hoạt động theo có cấu Cam, có máy hoạt động theo dây chuyền, có máy hoạt động uốn bằng cơ cấu khí nén, thủy lực,… SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 10 Hình 1.4: Các loại máy uốn móc áo theo cơ cấu Cam. SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 11 Hình 1.5: Máy uốn móc theo cơ cấu dây chuyền. SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 12 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI II.1. Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Tùy theo từng cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim. Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. P P P (b) (a) (c) P (d) Hình 2.1 : Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể. + Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng. Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu. SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 13 + Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh. Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c). Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn. Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể ), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể. Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau đó mới đến các hạt khác. Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều. Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau. Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển. II.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng . . . SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 14 II.1.1.1. Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại. II.1.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao. Khi nung thép từ 20  1000C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 1004000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 600 0C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn. II.1.1.3. Ảnh hưởng của ứng suất dư Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,250,30 Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4T nc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng. II.1.1.4. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 15 hoặc chịu ứng suất nén kéo. Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm. II.1.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt. Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn. II.1.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo Giả sử trong vật thể hoàn toàn không ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau : 1 1 1 2 2 3 Hình 2.2 : Các dạng ứng suất chính. Ứng suất đường : max = 1/2 (2.1) Ứng suất mặt : max = (1 - 2)/2 (2.2) Ứng suất khối : max = ( max - max ) (2.3) Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy ch . Điều kiện biến dạng dẻo : Khi kim loại chịu ứng suất đường : 1 = ch tức max = ch/2 . SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 (2.4) GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 16 Khi kim loại chịu ứng suất mặt : 1   2 = ch (2.5) Khi kim loại chịu ứng suất khối :  max  min = max (2.6) Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo. Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng đàn hồi. A = A0 + Ah (2.7) Trong đó : A0 : thế năng để thay đổi thể tích vật thể (trong biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tăng lên, tỉ trọng giảm xuống). Ah : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể . Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định: A = (11 + 22 + 33 ) /2 . (2.8) Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc: 1 1 = E [ 2 - (2 + 3 ) (2.9) 1 2 = E [ 2 - (1 + 3 ) (2.10) 1 3 = E [ 3 - (1 + 2 ) (2.11) Theo (2.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị: 1 A = 2 E [ 12 + 22 + 32 - 2(12 + 23+ 13 ) Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng cùng góc: SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 17 1 2 F F = 1 + 2 + 3 = E ( 1 + 2 + 3 ) . (2.12) E : mô đun đàn hồi của vật liệu . Thế năng để làm thay đổi thể tích.   F  1   2  3 1  2 3 A0 = 2 F = 6 E ( 1 + 2 + 3 ) (2.13) Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể: 1  Ah = A - A0 = 6 E [(1-2)2 +(2-3)2 + (3-1)2] (2.14) Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là: 1  A0 = 6 E . 20 . (2.15) Từ (2.14) và (2.15) ta có : (1-2)2 +(2-3)2 + (3-1)2 = 20 = const Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo. Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (2.9) ta có thể viết: 2 =  (1 + 3) . Khi biến dạng dẻo (không tính đến đàn hồi) thể tích của vật không đổi Vậy V=0 Từ (2.12) ta có : 1 2 E ( 1 + 2 + 3 ) = 0 1-2 = 0 , vậy  = 9,5 Từ đó : (2.16) 1   3 Từ (2.15) và (2.16) ta có : 2 = 2 (2.17) Vậy phương trình dẻo có thể viết: 2  3 0 = 0,580 1 - 3 = (2.18) Trong trượt tinh khi 1 = -3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng suất tiếp khi  = 450 . SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 18 1   3 2 max = (2.19) So sánh nó với (2.20) ( khi 1 = -3 ) 0 max = 3 = k = 0,580 (2.20) Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,580 gọi là hằng số dẻo Ơ trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết: 1 - 3 = 2k = const 2 0 2k = 3 = 1,156 Phương trình dẻo (2.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực . Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (2.18) chính xác nhất là được viết: 1 - (3) = 2k II.1.3. Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng. Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo 100 80 Độ bềền 50 40 20 SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 0 20 40 60 80% GVHD: ThS. Trần Đình Sơn Giãn dài 19 Hình 2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng. II.1.4. Biến dạng dẻo và phá hủy Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều Taí tro gF i ü n trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng. b Fb a Fa Fdh c e F1 O 1 a' a'' Hình 2.4: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai. - Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < F đh 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 F b, 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. SVTH: Trần Doãn Đức - 11CDT1 Nguyễn Đức Anh – 11CDT2 GVHD: ThS. Trần Đình Sơn 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan