Tài liệu Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở nha trang

i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành : Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở Nha Trang. Số trang : Số chương: 7 Hiện vật : không Số tài liệu tham khảo: 10 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Kết luận:................................................................................................................. Nha Trang, tháng 12 năm 2009. Cán bộ hướng dẫn: ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ PGS.TS Nguyễn Văn Ba. ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Họ, tên SV : Nguyễn Văn Khánh Lớp : 47CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành : Tên đề tài : Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở Nha Trang. Số trang : Số chương: 7 Hiện vật : không Số tài liệu tham khảo: 10 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Điểm phản biện ...................................................................................................... Nha Trang, tháng 12 năm 2009. Cán bộ phản biện ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, tháng 12 năm 2009. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG iii LỜI CẢM ƠN! Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học của thế hệ kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh viên ngồi trên ghế nhà trường. Đó là một điều thiêng liêng mà em cảm nhận được sau hơn bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Nha Trang. Sau một thời gian nghiên cứu nghiêm túc, với tất cả khả năng của bản thân, với những gì đã học hỏi được ở các thầy cô, ở sách vở và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của các thầy hướng dẫn. Đến nay em đã hoàn thành xong nhiệm vụ quan trọng của mình. Để đạt được kết quả này không thể không kể đến những gì mà các thầy đã dành cho em. Em xin chân thành được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Văn Ba đã có những ý kiến chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài của em. Bên cạnh đó em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dìu dắt em đi trên con đường mà em đã chọn, xin gửi tới các bạn đồng nghiệp trong tương lai lời cảm ơn chân thành, cảm ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá trình thực hiện đề tài của tôi. Xin chân thành cảm ơn!!! Nha Trang, tháng 12 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Khánh iv MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP VÀ NHU CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG ...........................................................................3 1.1. Khái niệm . ...................................................................................................3 1.2. Phân loại . .....................................................................................................4 1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp . .............................................................4 a. Loại sóng thẳng . ..........................................................................................4 b. Loại sóng ngói:.............................................................................................5 1.4. Vật liệu chế tạo . ...........................................................................................6 1.5. Nhu cầu sử dụng . .........................................................................................6 1.6. Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng . ............................................................7 a. Thiết bị cán tôn:............................................................................................7 b. Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng . .......................................................8 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG .....................................................9 2.1. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI . ............................................9 2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán ......................................................9 2.1.2 Lý thuyết trượt ................................................................................... 11 b. Ứng suất gây ra trượt . ........................................................................... 12 2.1.3. Lý thuyết cán . ..................................................................................... 18 a. Phân loại sản phẩm cán . ........................................................................ 19 b. Các phương pháp cán ............................................................................. 22 2.1.4. Lý thuyết quá trình uốn......................................................................... 24 a. Khái niệm : ............................................................................................. 24 b. Quá trình uốn :........................................................................................ 24 c. Công thức tính lực uốn :.......................................................................... 27 2.2. QÚA TRÌNH TẠO SÓNG TÔN . ............................................................... 27 2.3. SƠ BỘ VỀ DÂY CHUYỀN CÁN TÔN TẠO SÓNG . ............................... 28 2.3.1. Dây chuyền cán . .................................................................................. 28 v a. Tổng quan về dây chuyền cán : ............................................................... 28 b. Phân loại dây chuyền cán . ..................................................................... 29 2.3.2. Dây chuyền cán tôn . ............................................................................ 30 a. Dây chuyền cán tôn :............................................................................... 30 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ....................................................................................................... 32 3.1. Các phương án bố trí con lăn tạo sóng trên trục....................................... 32 3.2. Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán. ........................ 33 3.3. Chọn phương án cho hộp phân lực : ........................................................ 35 3.4. Chọn phương án truyền động cho dao cắt .................................................. 36 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TRONG HỆ THỐNG.............................. 37 4.1. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC. ............................................................................ 37 4.1.1.Tính sơ bộ năng suất máy: ..................................................................... 37 4.1.2. Tính lực uốn . ....................................................................................... 37 4.1.3.Tính mômen . ........................................................................................ 38 4.1.4. Chọn động cơ . ................................................................................... 39 4.1.5. Phân phối tỷ số truyền . ...................................................................... 40 CHƯƠNG V THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT BỊ ................................. 42 5.1. Tính toán thiết kế bộ truyền đai . ............................................................. 42 5.1.1. Chọn loại đai: ..................................................................................... 42 5.1.2 Định đường kính bánh đai nhỏ:........................................................... 42 5.1.3. Tính đường kính D2 bánh đai lớn: ..................................................... 42 5.1.4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A : ........................................................ 42 5.1.5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A : ................................... 43 5.1.6. Xác định chính xác khoảng cách trục A : ............................................ 43 5.1.7. Tính góc ôm 1 ................................................................................... 44 5.1.8. Xác định số đai z cần thiết : ................................................................ 44 5.1.9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai : ........................................ 45 5.2. Tính chọn hộp giảm tốc :......................................................................... 45 vi 5.3. Tính toán bộ truyền xích dẫn động từ hộp giảm tốc đến trục trung gian... 45 5.3.1. Chọn loại xích: ................................................................................... 45 5.3.2. Định số răng đĩa xích:......................................................................... 45 5.3.3 Định bước xích: .................................................................................. 45 5.3.4. Định khoảng cách trục và số mắt xích :............................................... 47 5.3.5. Tính đường kính vòng chia của đĩa xích : ........................................... 48 5.3.6. Tính lực tác dụng lên trục : ................................................................. 48 5.3.7. Tính toán bộ truyền xích dẫn động các trục cán đồng tốc . .................. 48 5.4. Tính toán thiết kế quả cán . ..................................................................... 51 5.5. Tính toán trục ......................................................................................... 54 5.5.1. Chọn vật liệu: ..................................................................................... 54 5.5.2. Tính sơ bộ trục : ................................................................................. 54 5.5.3. Tính gần đúng trục :............................................................................ 55 5.5.4. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn . ................................................ 61 5.6. Tính toán then . ....................................................................................... 66 5.6.1. Chọn then cho trục truyền lực chủ động:............................................... 66 5.6.2. Chọn then cho trục cán: ........................................................................ 67 5.7. Tính chọn ổ đỡ ........................................................................................ 68 5.7.1. Tính chọn ổ đỡ cho trục truyền lực: .................................................... 68 5.7.2. Tính chọn ổ đỡ cho trục cán ............................................................... 70 5.9. Tính toán hệ thống dao cắt .......................................................................... 71 5.9.1. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống dao cắt ................................. 71 CHƯƠNG VI LẬP QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC............................................. 74 6.1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT. ............................................................... 74 6.2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT. ............................................................................. 75 6.3. CHỌN VẬT LIỆU LÀM PHÔI. ................................................................. 76 6.4. CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO PHÔI. .................................................... 77 6.5.1. Đánh số các bề mặt gia công :............................................................... 77 6.5.2. Chọn tiến trình gia công các bề mặt phôi .............................................. 78 vii 6.5.3. Thiết kế nguyên công công nghệ........................................................... 80 CHƯƠNG VII LẮP ĐẶT VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN .. 101 6.1. LẮP ĐẶT . ............................................................................................... 101 6.2. VẬN HÀNH ............................................................................................. 102 6.3. BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN ...................................................... 103 6.4.. THAY THẾ ............................................................................................. 103 KẾT LUẬN CHUNG .......................................................................................... 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 106 1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong khu vực và trên thế giới . Kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến nay, nền kinh tế nước ta đã có những bước chuyển biến rõ rệt trong đó ngành công nghiệp nói chung cũng đã từng bước phát triển. Bắt đàu từ việc chuyển giao công nghệ tiên tiến của nước ngoài . Dưới nhiều hình thức, dần đến việc nghiên cứu, thay thế một số linh kiện và thiết bị công nghệ mà trong nước có thể thiết kế chế tạo. Đó là một chủ trương đúng đắn của Đảng và Nhà nước. Chính điều đó, nó không những làm tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế, giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn tăng tính tự lập, tự cường, phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo . Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vấn đề xây dựng cơ bản càng được quan tâm, nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng gia tăng . Đặc biệt là các loại tấm lợp bằng kim loại (Tôn ). Yêu cầu đặt ra đối với các loại sản phẩm tôn ngày càng cao về hình dạng, màu sắc và kích thước. Trong khi đó nước ta chưa sản xuất được tôn mà phải nhập từ nước ngoài. Để có những sản phẩm tôn sóng đến với người tiêu dùng có giá thành thấp, kích thước như mong muốn, mẩu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một “THIẾT BỊ CÁN TÔN” là cần thiết. Sử dụng được lao động trong nước và chỉ cần nhập tôn cuộn từ nước ngoài . Sau một thời dài nguyên cứu và phân tích, được sự giúp đỡ, gợi ý của các Thầy cô trong khoa và sự tận tình hướng dẩn của thầy PGS.TS. NGUYỄN VĂN BA . Tôi đã thực hiện đề tài " Thiết kế kỹ thuật thiết bị cán tôn phục vụ cho các cơ sở bán tôn ở Nha Trang " . Đây là một vấn đề có tính khả thi cao và cần thiết. Thiết bị cán tôn được thiết kế trong đồ án không đòi hỏi chế tạo với điều kiện kỹ thuật công nghệ cao . Nên đối với ngành cơ khí của nước ta hiện nay thì việc chế tạo nó là việc hoàn toàn thực hiện được . Mặc dù được hướng dẫn tận tình của Thầy giáo, nhưng do vốn kiến thức của em còn hạn chế, tài liệu khan hiếm, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn . Nên quá trình thiết kế này sẽ không 2 tránh khỏi những sai sót và thiếu sót . Rất mong được sự góp ý của các Thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn . Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Ba, khoa Cơ Khí, các cán bộ công nhân viên xưỡng cán tôn trên địa bàn thành phố Nha Trang đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Nha Trang, Tháng 9 năm 2009. Nguyễn Văn Khánh 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CUNG CÁP TÔN LỢP VÀ NHU CẦU THIẾT BỊ Ở NHA TRANG 1.1. Khái niệm . Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản xuất và sử dụng rộng rải, phổ biến nhất là tôn kim loại. Đó là những tấm kim loại được dát mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều rộng từ 0,92m đến 1,22m. Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp, che chắn . Hiện nay tôn phẵng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu,với khối lượng mổi cuộn khoản 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định. Các loại tôn cuộn thường được nhập khẩu từ nước ngoài như: BHP - ÚC, NKK- NHẬT, ANMAO- ĐÀI LOAN, HÀN QUỐC...Và đã có sẳn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tôn mạ màu, tôn mạ kẻm, tôn lạnh . Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng. Việc tạo sóng tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố. Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng mà tạo sóng thẳng hay sóng ngói. Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn do trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng . So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa,mirô xi măng, giấy lợp ... Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là loại tôn sóng ( sóng vuông, sóng ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng và được thể hiện - Kích thước gọn nhẹ - Ít hư hỏng, không thấm nước - Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu ( thanh xà bằng gỗ hay thép ) - Tuổi thọ cao - Bức xạ nhiệt - Chiều dài tôn theo yêu cầu . 4 Nhờ những ưu điểm trên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng rải . 1.2. Phân loại . Việc phân loại tôn có nhiều cách . Có thể dựa vào thành phần vật liệu, công dụng sản phẩm, biên dạng tôn, kích thước màu sắc ... Có thể phân loại sơ bộ như sau: - Thành phần vật liệu có tôn kẻm, tôn nhôm, tôn thép, tôn mạ kẻm, mạ nhôm... - Theo màu sắc - Theo số sóng: 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng,11 sóng - Theo công dụng: Loại mái vòng, mái thẳng, tôn lạnh ... - Theo biên dạng: Tôn sóng vuông,sóng tròn, sóng ngói... - Theo chiều dày: 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm... 1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp . a. Loại sóng thẳng . + Sóng tròn: 5 + Sóng vông: b. Loại sóng ngói: 6 1.4. Vật liệu chế tạo . Vật liệu làm tôn là những tấm thép các bon chất lượng trung bình ( ). Được sử dụng rộng rải, sản lượng cao,dể khai thác, dể chế tạo, giá thành hạ . Loại tôn thép các bon kém bền trong môi trường không khí nước mưa ...Để khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẻm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã cán thành tấm. Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao. Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dể cán, uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và hiệu lực kém . 1.5. Nhu cầu sử dụng . Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển, vấn đề tấm lợp chưa được quan tâm . Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được ra đời, được cải thiện lần, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẳn và có các kích thước nhất định. Nhưng loại này giá thành cao, không thuận lợi cho sử dụng,nên nhu cầu sử dụng còn hạn chế . Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỷ thuật, sự hội nhập và hợp tác, đầu tư sản xuất. Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển, đưa tiến độ khoa học vào thực tế sản xuất, đời sống dần dần được nâng cao. Từ đó nảy sinh nhiều nhu cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản, kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều. Do vậy vấn đề sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên. Nó đặt ra một số yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt, tôn sóng vuông, tôn sóng tròn, tôn sóng ngói, tôn mái vòm. Tôn sóng có nhiều cỡ sóng,kích thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m. Nên việc lựa chọn loại tôn để sử dụng rất dể dàng . Nhìn chung việc lựa, sử dụng loại sóng tôn ( sóng vuông, sóng tròn hay sóng ngói ) nó còn tùy thuộc vào đặc điểm lối kiến trúc của công trình xây dựng. Đa số hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (Sóng vuông, sóng tròn ) và nó phù hợp thẩm mỹ với nhà thông dụng và công nghiệp. Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng ngói có giá thành cao hơn một ít. Tôn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có kiến trúc hiện đại ( 4 mái, 6 mái ), biệt thự, hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu 7 cầu thẩm mỹ không thể thay bằng tôn sóng thẳng được, nên nhu cầu sử dụng tôn sóng ngói ít hơn . Trong tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tôn sóng vuông cũng có triển vọng cao . Một đặc điểm nữa của tôn sóng vuông là nó chỉ lợp một chiều nên khi sử dụng lợp các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tôn 1.6. Thiết bị cán tôn và nhu cầu sử dụng . a. Thiết bị cán tôn: Thiết bị cán tôn là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dải kim loại phẳng thành sản phẩm tấm có hình sóng, tiết diện ngang của các sản phẩm cán có hình dáng khác nhau, nhưng có đặc điểm chung phải là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy . Trên một thiết bị cán tôn có nhiều cặp trục cán nằm liên tiếp nhau. Sản phẩm được hình thành từ tấm hoặc dải lần lượt đi qua nhiều cặp trục, mà ở mổi nhiều cặp trục vật cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng . Quá trình cán tôn được thực hiện liện tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp nhau trong cùng một hàng dọc. Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán đứng sau. Mà giữa các giá cán đó không sảy ra hiện tượng chùn hoặt đứt kim loại cán. Để đảm bảo quá trình cán diển ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau. So với dập, uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau hơn như: . Năng suất cán cao . Chất lượng sản phẩm tốt, ít bị khuyết tại . Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất Nhược điểm: . Vốn đầu tư ban đầu lớn . Nhiều thiết bị phụ . Chiếm nhiều diện tích nhà xưởng 8 b. Nhu cầu sử dụng thiết bị cán tôn sóng . Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm . Chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của người sử dụng về màu sắc, vật liệu, độ dày và chiều dài của tôn. Đòi hỏi các nhà sản xuất, kinh doanh hùn bán tôn phải tìm ra giải pháp tối ưu đáp ứng được yêu cầu đó và hiện nay các phân xưỡng cán tôn cũng được xây dựng một cách cơ bản. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và nhu cầu tấm lợp tôn nói riêng . Hiện nay trên địa bàn thành phố Nha Trang đã có một số phân xưỡng cán tôn của các công ty tư nhân hoạt động sản xuất. Các phân xưỡng cán tôn tư nhân ở đường Đường 2-4, Nha Trang. Như Công Ty TN-TM Hoàng Quang , Công Ty TNHH-TM Phát Huy, Nhà máy Tole Hoa My... Các phân xưỡng này chủ yếu sử dụng các thiết bị cán tôn có một hoặc hai tầng cán. Chuyên cán tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói do Đài Loan hay TPHCM sản xuất. Nước ta chưa sản xuất được các loại vật liệu làm tôn, nên các phân xưởng cán tôn trên chủ yếu sử dụng dụng phôi liệu nhập từ các nước Nhật, Úc, Đài Loan, Hàn Quốc ... phôi liệu là những tấm kim loại phẳng có chiều rộng từ 0,92m đến 1,3m. Được sơn hay mạ sẵn và được quấn thành cuộn khoản 5 tấn. Với nhu cầu thực tế hiện nay. Cùng với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Ba, việc hướng đến đề tài thiết kế thiết bị cán tôn sóng là vấn đè cần thiết vầ thực tế . 9 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CÁN TÔN SÓNG 2.1. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÁN KIM LOẠI . 2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại khi cán . a. Tổng quát: Để nghiên cứu quá trình biến dạng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng sinh ra. Trên thực tế khi gia công sản phẩm cũng như khi cho máy hoạt động, kim loại chịu tác dụng của nhiều tải trọng với trạng thái ứng suất ba chiều. Tuy nhiên để đơn giản hoá, quá trình biến dạng thường được nghiên cứu dưới tác dụng của tải trọng kéo và lấy nó làm trường hợp điển hình, vì nó thể hiện rõ ràng các giai đoạn biến dạng. Các giai đoạn biến dạng bao gồm: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy. Phương pháp thử kéo cũng là phương pháp chủ yếu để đánh giá cơ tính của vật liệu và so sánh các vật liệu với nhau. Theo Sức bền vật liệu, khi tăng dần lực kéo F0 đặt dọc trục một mẫu kim loại tròn, có chiều dài l0, đường kính d0 sau đó lập quan hệ giữa lực kéo F và độ dãn dài (biên độ tuyệt đối) l = l – l0, ta được biểu đồ kéo với dạng điển hình như trên hình 2.4. Biểu đồ này cho ta một khái niệm chung về các loại biến dạng và phá hủy. F b Fb Fa a F®h e F1 0 a' a" l Hình 2.4. Sơ đồ biến dạng điển hình của kim loại 10 Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng đặt vào nhỏ, F tăng dần từ 0 đến Fđh, độ biến dạng (ở đây biểu thị bằng độ dãn dài l) tăng dần theo qui luật tuyến tính với tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng mất đi. Giai đoạn Oe trên hình được gọi là giai đoạn đàn hồi, được đặc trưng bởi Fđh và ứng suất đàn hồi đh. Biến dạng dẻo: khi tải trọng đặt vào lớn, F > Fđh, độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại một phần. Ví dụ khi đặt tải trọng Fa mẫu bị kéo dài theo đường Oea tức dài thêm đoạn Oa”, nhưng khi bỏ tải trọng mẫu bị co lại theo đường song song với đoạn Oe nên cuối cùng vẫn còn bị dài thêm một đoạn Oa’. Như vậy biến dạng dẻo là biến dạng có kèm theo sự thay đổi kích thước của hình dáng khi bỏ tải trọng. Hiện tượng biến dạng tăng khi ứng suất (lực) tăng không đáng kể gọi là sự chảy của vật liệu, ứng suất tương ứng gọi là giới hạn chảy ch. Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo nên nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sử dụng. Phá hủy: nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành cổ thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C.   a)   b) c) d) Hình 2.5. Sơ đồ biến đổi mạng tinh thể a) Ban đầu b) Biến dạng đàn hồi b) Biến dạng kéo d) Phá hủy Sự biến đổi về mạng tinh thể ở ba trạng thái trên được trình bày như hình 2.5. 11 Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ (không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a lên a+a, tức là chưa sang vị trí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân bằng cũ. Biến dạng đàn hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp. Khi biến dạng dẻo nguyên tử dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng) nên khi bỏ tải trọng nó trở về vị trí cân bằng mới. Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng suất tiếp. Khi biến dạng đàn hồi và dẻo lực liên kết giữa các nguyên tử vẫn được bảo tồn, còn khi phá hủy các liên kết bị hủy hoại dẫn đến đứt rời. 2.1.2 Lý thuyết trượt . Trượt là sự xê dịch của từng mặt nguyên tử song song với nhau mà không làm thay đổi cấu trúc tinh thể. Bất kỳ dạng tải trọng nào có thành phần tương ứng với ứng suất tiếp làm xê dịch nguyên tử đều có thể tạo ra trượt. Tải trọng kéo (hoặc nén) thuần túy sinh ra ứng suất pháp chỉ làm thay đổi khoảng cách nguyên tử gây ra biến dạng đàn hồi hoặc phá hủy khi ứng suất đủ lớn. Ứng suất tiếp nhỏ chỉ làm xê dịch đàn hồi các nguyên tử (hình 2.5), làm thay đổi hình dáng và kích thước tinh thể khi bỏ tải hoặc gây song tinh tạo biến dạng dư. a. Các mặt và phương trượt . Quá trình trượt xảy ra theo các mặt và các phương tinh thể xác định gọi là các mặt và phương trượt. Phương trượt nằm trên mặt trượt. Mặt trượt và phương trượt lập thành một hệ trượt. Như vậy trong các kim loại phương trượt luôn là phương xếp chặt còn các mặt trượt có thể là mặt xếp chặt hoặc không xếp chặt. Khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể đánh giá theo hệ số trượt (tức là tích của số mặt trượt với số phương trượt) và độ xếp thể tích MV (mật độ nguyên tử). Ví dụ kim loại có mạng tinh thể lập phương tâm mặt và mạng lục giác xếp chặt tuy có MV gần bằng nhau nhưng hệ số trượt khác nhau nên khả năng biến dạng dẻo của chúng khác nhau. Kim loại mạng lập phương tâm mặt do có hệ số trượt lớn hơn nên chúng dễ biến dạng dẻo hơn. Kim loại mạng lập phương tâm khối tuy có hệ số trượt lớn nhưng MV nhỏ nên biến dạng dẻo kém hơn kim loại mạng lập phương tâm 12 mặt. Ví dụ thao tác dập cán kéo thép thường thực hiện ở nhiệt độ cao (9000  10000C) vì ở nhiệt độ đó thép dễ biến dạng vì có mạng lập phương tâm mặt, trong khi ở nhiệt độ thấp nó có mạng lập phương tâm khối khó biến dạng dẻo. Khảo sát vai trò của định hướng mặt trượt đến khả năng trượt, tức khả năng biến dạng dẻo. Muốn trượt xảy ra để có biến dạng dẻo thì trong hệ số trượt ứng suất tiếp phải đạt được một trị số tới hạn, xác định đối với mỗi kim loại hay hợp kim gọi là ứng suất trượt (xê dịch tới hạn th). b. Ứng suất gây ra trượt . Ta hãy phân tích thành phần ứng suất trong hệ trượt của một mẫu thử hình trụ đơn tinh thể chịu lực kéo P có tiết diện ngang là S0 (hình 2.6). P S0 n P   m S P Hình 2.6. Định hướng của hệ trượt với ngoại lực Mặt trượt là hình elip gạch chéo có pháp tuyến On hợp với phương kéo qua góc . Phương trượt Om hợp với OP (giao tuyến giữa mặt trượt và mặt phẳng qua On và P) góc . Diện tích mặt trượt là: S  S0 cos  Ứng suất pháp tác dụng lên mặt trượt có trị số: 13 m  Pn Pp . cos     0 cos 2  S0 S cos  Ứng suất n chỉ gây ra biến dạng đàn hồi hoặc phá hủy, ứng suất tiếp m gây ra biến dạng dẻo được tính bằng: m  Pm Pp .cos  P.sin .cos  1    .sin 2.cos  S0 S0 S 2 cos  cos  Điều kiện để trượt xảy ra là m  th. Như vậy khả năng biến dạng dẻo ngoài độ lớn của tải trọng bên ngoài còn phụ thuộc vào định hướng của mặt trượt nữa. Rõ ràng là nếu  = 00 hoặc 900 thì dù ngoại lực khá lớn, m luôn bằng 0 và trượt không xảy ra. Vị trí thuận lợi nhất của mặt trượt là  = 450, khi đó m đạt giá trị là 1  0 . cos  . 2 Tóm lại với một tải trọng xác định, trị số của ứng suất trượt thay đổi theo định hướng của hệ trượt với phương tải trọng. Trong tinh thể gồm nhiều mặt trượt khác nhau thì quá trình biến dạng dẻo bằng trượt xảy ra sau trượt tiến trong mặt có định hướng thuận lợi, sự phát triển dần sang các mặt kém thuận lợi hơn. Điều này giải thích tại sao kim loại có dạng lập phương tâm mặt lại luôn bị biến dạng dẻo khi chịu tải thích hợp trước khi bị phá hủy. b. Cơ chế trượt . Trượt là một trong các yếu tố gây ra hiện tượng dẻo. được thực hiện bằng xê dịch nguyên tử. Dưới đây sẽ xem xét kỹ hơn cơ chế xê dịch nguyên tử trên các mặt trượt để tạo ra bậc cấp trên mặt ngoài tinh thể trong hai trường hợp: tinh thể lý tưởng và tinh thể thực.