3.2. Ảnh hưởng của ma sát
Tác động của ma sát đến quá trình mô phỏng và phân bố biến dạng được thể hiển trên hình 10. Ta thấy nếu ma sát tiếp xúc trên bề mặt tăng làm cho khả năng biến dạng (max) của phôi sẽ tăng, nghĩa là biến dạng không đồng nhất của phôi tăng cùng với sự tăng của hệ số ma sát. Tuy nhiên, ma sát trên bề mặt tăng cũng làm tăng nhiệt, nghĩa là kim loại cũng dễ dàng chảy hơn so với trong tâm.
Hình 10. Mức độ biến dạng nhận được khi thay đổi hệ số ma sát f = 0,3; 0.5; 0,7 tại To=1000°C và v = 1 mm/s
3.3. Ảnh hưởng của tốc độ quay
Trên hình 11 chỉ ra ảnh hưởng đáng kể của tốc độ quay đến khả năng biến dạng của phôi. Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ quay ω dẫn đến biến dạng tương đương tăng. Mức độ biến dạng của lớp trong và lớp ngoài đều tăng lên nên bề mặt trên và dưới của phôi có dạng cong lưỡi liềm nghĩa là biến dạng không đồng nhất từ trong ra ngoài phôi. Vì khi tăng tốc độ quay thì lượng ép vào trên một vòng quay là giảm, do đó biến dạng dẻo chủ yếu tập trung ở lớp trong và ngoài, khó có thể biến dạng thẩm thấu đến lớp giữa. Nói cách khác, nếu ω tăng thì tốc độ quay của vành cũng tăng, do đó thời gian tiếp xúc của phôi biến dạng với môi trường là ngắn lại và nhiệt độ vành vẫn đạt được theo yêu cầu. Khi đó biến dạng dẻo dễ dàng hơn, biến dạng có xu hướng đồng nhất.
Hình 11. Biến dạng tương đương lớn nhất phụ thuộc vào tốc độ quay của trục quay ω = 20, 30, 50 rad/s tại To =1000°C, f=0,7 và v = 1 mm/s
Hình 12. Nhiệt độ kết thúc cán tương ứng với nhiệt độ phôi ban đầu với To = 900, 1000 và 1100°C, f=0,7 và v = 1 mm/s
3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu
Hình 12 cho thấy nhiệt độ kết thúc cán tăng cao so với nhiệt độ ban đầu của phôi. Điều đó làm cho biến dạng tương đương tăng với sự tăng nhiệt độ của phôi, vì quá trình cán tốc độ biến dạng cao cũng làm phát sinh nhiệt do ma sát. Tuy nhiên, nhiệt độ này nhận được chỉ là nhiệt độ tại vùng tiếp xúc. Ngoài ra trong điều kiện mô phỏng này cũng chưa kể đến sự mất nhiệt do truyền đến môi trường bên ngoài, nghĩa là theo thời gian thì nhiệt độ phôi cũng giảm. Ngược lại, nhiệt độ tăng cũng làm tăng tốc độ biến dạng, nghĩa là khả năng chảy dẻo vật liệu trở nên tốt hơn, điền đầy của kim loại vào khuôn được dễ dàng.
Trên hình 13 cho thấy sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao và chiều dày của phôi. Nhiệt độ tại tâm theo chiều cao là lớn hơn nhiệt độ tại bề mặt của phôi (a), nhiệt độ theo chiều dày tăng dần từ trong ra ngoài (b). Nhiệt độ khác biệt rất lớn trên bề mặt ngoài vì tại đây phôi chịu mức độ biến dạng lớn nhất và tiếp xúc trực tiếp với trục quay làm phát sinh nhiệt do ma sát.
Hình 13. Quá trình tăng nhiệt theo chiều cao phôi (a), chiều dày phôi (b) theo 3 vị trí P1, P2 và P3
3.5. Ảnh hưởng của tốc độ ép
Trên hình 14 thấy rõ tốc độ của trục ép ảnh hưởng lớn đến áp lực cán. Điều đó cũng giải thích việc sử dụng mô hình Johnson-Cook là hợp lý, nghĩa là ứng xử của vật liệu dẻo nhớt phụ thuộc vào tốc độ biến dạng hay thời gian cán. Khi tăng tốc độ ép áp lực cán tăng gây ra biến dạng không đồng nhất của phôi. Phôi có thể bị phá hủy nếu như tốc độ của trục ép và vận tốc quay của trục chính không phù hợp với nhau.
Hình 14. ảnh hưởng của tốc độ trục ép v=1 và 2mm/s tại To =1000°C, f=0,7 và ω = 20 rad/s
4. Kết luận
Mô hình ứng xử cứng-dẻo nhớt của Jonhson-Cook đã được áp dụng cho bài toán cán vành biến dạng nóng. Qua nghiên cứu này đã làm rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ, cụ thể như sau: Tốc độ quay của trục chính tăng làm tăng khả năng biến dạng đồng đều của phôi. Ma sát làm biến dạng không đồng nhất và tăng nhiệt cho quá trình cán. Nhiệt độ phôi ban đầu ảnh hưởng rất mạnh đến khả năng biến dạng của phôi. Tốc độ ép của trục áp lực nên nhỏ. Qua nghiên cứu ta có thể chọn các thông số tối ưu cho quá trình cán vòng bi như sau: To=1000-1100°C, f=0,5; v=1mm/s, ω=20 rad/s.
[symple_box color=”yellow” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]
Tài liệu trích dẫn
- SUN Zhi-chao, YANG He, OU Xin-zhe, Thermo-mechanical coupled analysis of hot ring rolling process, Transactions of nonferrous metals Society of China, Vol.18, 2008, pp.1216-1222
- S. P. F. C Jaspers, J. H. Dautzenberg, Material behavior in conditions similar to metal cutting: flow stress in the primary shear zone, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 122, 2002, pp. 322-330.
[/symple_box][symple_clear_floats]
