Nghiên cứu cơ chế phá hủy phôi trong quá trình cán nêm ngang

- ĐẶNG THỊ HỒNG HUẾ NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỦY PHÔI TRONG QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI - 2014 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1.
- Đặng Thị Hồng Huế, Đào Minh Ngừng, Nguyễn Trọng Giảng, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cán đến sự hình thành khuyết tật sản phẩm trong quá trình cán nêm ngang, Tạp chí kim loại, số 50 tháng 10 năm 2013.
- Tuy nhiên, thiết kế công nghệ với các thông số nêm, quá trình tạo hình vật liệu phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chi tiết.
- Khuyết tật sản phẩm thường gặp phải trong quá trình cán là: khuyết tật bề mặt, khuyết tật hình dạng và đặc biệt khuyết tật rỗng tâm.
- Dạng khuyết tật rỗng tâm phôi có nguy cơ tiềm tàng đối với các quá trình gia công và ứng dụng tiếp theo.
- Vì vậy, nghiên cứu nguyên nhân và cơ chế phá hy phôi trong quá trình cán nêm ngang có ý nghĩa hạn chế và loại bỏ khuyết tật sản phẩm hình thành trong quá trình cán nêm ngang và mở ra khả năng ứng dụng công nghệ này vào sản xuất thực tế.
- Mc đch nghiên cu Nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế phá hy phôi nhằm loại bỏ khuyết tật cơ học sản phẩm hình thành trong quá trình cán nêm ngang nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng công nghệ cán nêm ngang vào sản xuất tại Việt Nam.
- Kết quả đạt được và những đóng góp mới ca lun n Luận án đã phân tích các mô hình vật liệu và lựa mô hình chảy dẻo, mô hình phá hy dẻo Johnson - Cook.
- Xây dựng phương pháp xác định các hệ số ca mô hình (nhận dạng mô hình) bao gồm phương pháp thực nghiệm và tính toán xử lý kết quả thí nghiệm.
- Kết quả nhận dạng 5 hệ số ca mô hình thuộc tính: A = 510, B = 722, n = 0,36, C m = 0,432 và 5 hệ số ca mô hình phá hy D1 = 0,009, D2 = 1,48, D3 = -2,66, D4 = 0,164, D5 = 0,623 cho vật liệu thép C45.
- Luận án đã mô hình hóa và mô phỏng quá trình thí nghiệm để so sánh đường cong ứng suất biến dạng thực nghiệm với đồ thị nhận được từ mô phỏng số cho thấy sự tương hợp cao.
- Mô phỏng số quá trình cán nêm ngang đã được thực hiện, phân tích kết quả mô phỏng số xác định các thông số tối ưu cho quá trình công nghệ.
- khuyết tật ở tâm phôi trong quá trình cán nêm ngang có cùng bản chất như các quá trình rèn ép trục tròn.
- các thông số áp dụng cho QTCNN cho thấy có thể lựa chọn chế độ và điều kiện biến dạng khả thi cho phép loại trừ các nguyên nhân gây khuyết tật rỗng tâm.
- Cơ chế phá hy phôi là quá trình gồm nhiều giai đoạn từ phát sinh khuyết tật, vị trí khuyết, xuất hiện và sát nhập các lỗ hổng và kết quả cuối cùng tạo lên độ xốp nhất định đ tạo mầm nứt dẫn đến các vết nứt trong giới hạn đa kích thước vi mô và vĩ mô phụ thuộc vào mức độ biến dạng.
- Chỉ số trạng thái ứng suất tại vùng tâm lớn làm tăng tốc độ quá trình tạo độ xốp.
- Chi tiết vít ren côn đã được chế tạo bằng công nghệ cán nêm ngang với các thông số công nghệ tương tự như quá trình mô phỏng số.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy: các hệ số ca mô hình được nhận dạng hoàn toàn chính xác, việc lựa chọn mô hình thuộc tính và mô hình phá hy vật liệu Johnson – Cook để nghiên cứu phá hy phôi trong quá trình cán nêm ngang mang lại hiệu quả cao.
- Những đóng góp mới của luận án: Nghiên cứu về nguyên nhân và cơ chế phá hy phôi trong quá trình cán nêm ngang là một vấn đề cấp thiết, lần đầu tiên được thực hiện tại Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu đã hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số quá trình cán nêm ngang.
- 3 Các hệ số tính đến ảnh hưởng ca tốc độ biến dạng (C, D4) ca mô hình Johnson - Cook đã được nhận dạng bằng phương pháp lập tỉ lệ.
- Ảnh hưởng ca vết thắt đến trạng thái ứng suất và biến dạng tương tương tại thời điểm phá hy theo mô hình Brigdman đã được áp dụng để xác định các hệ số D1, D2, D3 ca mô hình phá phy Johnson – Cook.
- Đây là cơ sở để các nhà sản xuất lựa chọn thông số công nghệ trong quá trình chế tạo các chi tiết bằng công nghệ cán nêm ngang.
- Luận án cho thấy cơ chế phá hy phôi trong quá trình cán nêm ngang là: sự biến dạng không đồng đều giữa các lớp kim loại.
- Trong quá trình cán, vùng biến dạng dẻo liên tục dịch chuyển theo nêm cán từ giữa phôi ra hai phía, hình thành các biên dạng ca chi tiết theo yêu cầu thiết kế.
- Yêu cu về cht lượng sản phm Sự biến dạng phức tạp ca phôi, sự tồn tại ma sát giữa phôi và nêm cán có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm.
- Phá hy cơ học hình thành do bản chất ca quá trình biến dạng lớn.
- Đó là sự biến dạng không ổn định theo ba chiều ca dòng chảy kim loại trong quá trình cán.
- Khuyết tt hnh học và khuyết tt rỗng tâm Khuyết cơ học thường gặp trong quá trình cán nêm ngang là: rãnh xoắn, nứt, ba via và khuyết tật rỗng tâm (Hình 1.8 và Hình 1.10).
- Trong đó, khuyết tật rỗng tâm tiềm tàng trong sản phẩm và là nguyên nhân phá hỏng các chi tiết trong quá trình làm việc.
- Khuyết tật hình dạng sản phẩm Hình 1.10.
- Khuyết tật trong tâm phôi cán [34] Vì vậy, luận án tập chung nghiên cứu nguyên nhân và cơ chế phá hy phôi trong quá trình cán nêm ngang, đặc biệt là phá hy vùng tâm.
- Kết lun Các thông số chính sử dụng để thiết kế nêm cán như: góc tạo hình, góc áp lực, góc nâng và lượng ép ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ứng suất, biến dạng ca vật liệu.
- Sự phân bố trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng tại vùng tâm phôi- yếu tố gây nên phá hy, phụ thuộc vào thông số hình học nêm cán đã được công bố đầy đ trong nhiều công trình.
- Luận án tập trung giải quyết: phân tích và lựa chọn mô hình vật liệu có khả năng mô tả ứng xử ca vật liệu trong quá trình biến dạng tạo hình vật liệu.
- nghiên cứu phương pháp nhận dạng mô hình lựa chọn.
- thực nghiệm nhận dạng mô hình cho vật liệu cụ thể, xử lý kết quả thực nghiệm bằng các phần mềm tính toán.
- mô phỏng số với các điều kiện công nghệ khác nhau, phân tích trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng và điều kiện phá hy cho phép thay đổi quá trình thiết 6 kế, tối ưu quá trình công nghệ.
- áp dụng kết quả mô phỏng để tiến hành thực nghiệm quá trình cán nêm ngang chi tiết vít ren côn.
- CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH THUỘC TÍNH VÀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU 2.1.
- Mô hnh ph hy vt liu Vai trò ca mô hình phá hy vật liệu là xác định thời điểm xuất hiện độ xốp tới hạn và mức độ biến dạng ca vật liệu tại vị trí đó.
- Từ khái niệm chung, mô hình phá hy vật liệu mô tả sự suy giảm khả năng chịu tải ca vật liệu do sự hình thành khuyết tật bên trong vật liệu.
- Mô hình này bao gồm các biến là các thông số mô tả tổng lỗ xốp tồn tại bên trong vật liệu trong suốt quá trình biến dạng.
- Mô hnh thuc tnh vt liu Mô hình thuộc tính cơ học vật liệu được thiết lập dưới dạng các phương trình toán học để mô tả hành vi vật liệu khi biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
- Phân tch và la chọn mô hnh Một mô hình phá hy chính xác là mô hình phải tính đến tác động ca các yếu tố: lịch sử biến dạng, chỉ số trạng thái ứng suất, lưu biến ca vật liệu, nhiệt độ và sự nhạy cảm ca tốc độ biến dạng.
- Lựa chọn mô hình phá hy phù hợp với điều kiện cụ thể ca mỗi bài toán là một vấn đề cần xem xét ở nhiều khía cạnh.
- Nếu lựa chọn mô hình đơn giản, ít biến thì khả năng nhận dạng dễ, nhưng độ chính xác thấp.
- Ngược lại, nếu lựa chọn mô hình phức tạp nhiều biến cho độ chính xác ca mô hình cao, nhưng quá trình nhận dạng khó khăn, phức tạp dẫn đến sai số ca quá trình nhận dạng lớn.
- Điều này làm giảm độ chính xác ca mô hình.
- Kinh nghiệm và nghệ thuật ca người làm mô hình quyết định phương án nào được lựa chọn để quá trình nhận dạng mô hình không phức tạp mà vẫn đảm bảo kết quả nhận dạng đúng, từ đó khẳng định được tính hợp lý ca mô hình lựa chọn.
- Với bài toán nghiên cứu cơ chế phá hy phôi trong công nghệ cán nêm ngang mô hình thuộc tính và mô hình phá hy Johnson – Cook là phù hợp nhất.
- Kết lun Mô hình mang tính tổng quát, đầy đ là một hàm số phụ thuộc vào mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, nhiệt độ và thời gian tạo hình.
- 7 Đối với bài toán cán nêm ngang - bài toán biến dạng lớn, nhiệt độ cao mô hình thuộc tính Johnson-Cook được lựa chọn để nghiên cứu trong giai đoạn vật liệu biến dạng đàn- dẻo.
- Đối với ứng xử hư hại và phá hy nên cần thiết sử dụng mô hình phá huỷ vật liệu để nghiên cứu.
- Mô hình phá hy Johnson- Cook được lựa chọn với lý do: độ chính xác cao, đồng bộ với mô hình thuộc tính ca tác giả, có thể nhận dạng được trong điều kiện thiết bị hiện có, được lập trình trong các phần mềm mô phỏng số.
- CHƯƠNG 3 NHẬN DNG MÔ HÌNH JOHNSON-COOK 3.1.
- Phương php nhn dạng mô hnh thuc tnh Mô hình thuộc tính Johnson – Cook được trình như sau.
- (3.1) A, B, C, n, m là các hệ số cần nhận dạng, Tmelt - nhiệt độ chảy ca kim loại, Tr là nhiệt độ tham chiếu, là mức độ biến dạng tương đương, là tốc độ biến dạng, là tốc độ biến dạng tham chiếu.
- Nhận dạng hệ số A, B, n.
- Thử kéo ở nhiệt độ phòng, với tốc độ biến dạng bằng tốc độ biến dạng tham chiếu, khi đó T.
- Hệ số A là giới hạn chảy ca vật liệu.
- xác định được hệ số B và n.
- Nhận dạng hệ số C Thí nghiệm tại các tốc độ biến dạng.
- Ký hiệu các thí nghiệm theo quy tắc chỉ số trên đứng trước là nhiệt độ, chỉ số trên đứng sau là tốc độ biến dạng.
- Tại nhiệt độ T1 với tốc độ biến dạng.
- Xác định hệ số m Thực hiện các thí nghiệm tại các nhiệt độ khác nhau với cùng một tốc độ biến dạng, từ pt (3.1) Đặt.
- Phương php nhn dạng mô hnh ph hy J- C Mô hình phá hy Johnson –Cook biểu diễn trong (2.8.
- tốc độ biến dạng và tốc độ biến dạng tham chiếu, T.
- (3.11) Kích thước mẫu thử sau thí nghiệm được sử dụng để tính giá trị ca chỉ số trạng thái ứng suất và biến dạng tương đương tại thời điểm mẫu thử bị phá hy.
- Nhận dạng hệ số D4 Các thí nghiệm xoắn với các tốc độ biến dạng.
- Giá trị ca hằng số ảnh hưởng ca tốc độ biến dạng tại nhiệt độ bằng trung bình cộng ca tất cả D (ij) tính được gọi là.
- Nhận dạng hệ số D5 Để nhận dạng hệ số D5, thực hiện các thí nghiệm xoắn (σ*= 0) tại các nhiệt độ khác nhau với cùng một tốc độ biến dạng, phương trình mô hình phá hy (2.8.
- Kết quả th nghim và nhn dạng 3.3.1 Kết quả nhn dạng mô hnh thuc tnh J-C Từ số liệu thí nghiệm xây dựng đồ thị ứng suất - biến dạng (hình 3.13 và 3.14).
- Hình 3.13 Đồ thị ƯS - BD khi thay đổi tốc độ biến dạng Hình 3.14 Đồ thị ƯS -BD khi thay đổi nhit độ a) Kết quả nhận dạng hệ số A, B, n Trên đồ thị ứng suất - biến dạng (hình 3.15), hệ số A chính là giới hạn chảy ca vật liệu, A= 510 như trên đồ thị 3.15.
- Hình 3.15.
- Đồ thị ng sut - biến dạng xác định A Hình 3.16.
- Đồ thị xác định B và n  Kết quả nhận dạng hệ số B, n Từ công thức (3.1) ta có.
- xác định được giá trị B= 722, n = 0,368 (hình 3.16.
- Kết quả nhận dạng hệ số C Hệ số C bằng trung bình cộng các Cij = 0,097.
- Kết quả nhận dạng hệ số m Hình 3.17.
- Kết quả nhận dạng mô hình thuộc tính J-C bảng 3.1 Bảng 3.12.
- Các h số của mô hình thuộc tnh J-C A B n C m .
- Nhn dạng mô hnh ph hy Johnson – Cook a) Kết quả nhận dạng các hệ số D1, D2, D3 Các thí nghiệm thử phá hy tại nhiệt độ phòng với tốc độ biến dạng bằng tốc độ biến dạng tham chiếu được thực hiện.
- Hình 3.19.
- σ s-19000C1000-1C1100-1C(MPa Thi nghiemfit y = 0.43378x R= 0.99905 PQ R2R4R8R12R16F(KN)Chuyen vi(mm f)y = m1 + m2 * exp(m3*x)ErrorValue m m m3 NA0.5698ChisqNA1R 12 Kích thước mẫu thử phá hy được sử dụng tính giá trị ca biến dạng tương đương và chỉ số trạng thái ứng suất, xây dựng đồ thị và xác định được giá trị ca D1, D2, D3 bằng phần mềm Matlab (hình 3.21).
- b) Kết quả nhận dạng hệ số D4.
- Thí nghiệm xoắn ở các nhiệt độ và tốc độ biến dạng khác nhau, xây dựng được đồ thị trên hình 3.20.
- Hình 3.20.
- Đồ thị ng sut tiếp – biến dạng trượt Bảng 3.2.
- Giá trị D4 bằng trung bình cộng ca 9 giá trị = 0,164 c) Kết quả nhận dạng các hệ số D5 Thí nghiệm tại các nhiệt độ khác nhau, xác định được giá trị D5 hình 3.21.
- Hình 3.21.
- Đồ thị xác định h số D5 Kết quả nhận dạng MHPH J-C trình bày trong bảng 3.3.
- Các h số của mô hình phá hủy J-C D1 D2 D3 D4 D .
- Đnh gi kết quả nhn dạng Hình 3.31 ta thấy, với vùng có biến dạng phá hy lớn nhưng trạng thái ứng suất nhỏ thì sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm lớn.
- Vì vậy, khẳng định được mô hình chính xác hơn khi chỉ số trạng thái ứng suất lớn.
- Hình 3.31.
- Kết lun Phương pháp nhận dạng mô hình Johnson – Cook xuất trên cơ sở khoa học, kế thừa các nghiên cứu trước đây và phát triển phương pháp nhận dạng mới.
- Tất cả các yếu tố trên đã khẳng định được độ chính xác ca kết quả nhận dạng mô hình Johnson – Cook: A = 510, B = 722, n = 0,36.
- Kết quả nhận dạng được kiểm tra độ chính xác bằng mô phỏng số với phần mềm ABAQUS.
- Đồ thị biến dạng phá hy – chỉ số trạng thái ứng suất nhận được từ thực nghiệm và mô phỏng có sự tương đồng cao

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt