Đề tài Thiết kế, chế tạo dao cắt dạng đĩa và lựa chọn chế độ cắt hợp lý để giảm công suất tiêu thụ và nâng cao chất lượng vết cắt khi cắt thép tấm

á thành chung sản xuất. - Có thể cắt nhiều loại vật liệu, cũng như độ dày khác nhau. Cắt plasma có thể cắt nhiều loại vật liệu chứa sắt, hoặc không chứa sắt. độ dày cắt có thể lên đến 80mm. 14 - Dễ dàng vận hành: Cắt plasma không yêu cầu kỹ thuật cao đối với người vận hành, việc đào tạo cũng dễ dàng, thao tác cắt đơn giản, không cần phải điều chỉnh nhiều khi thao tác. - Cắt được nhiều biên dạng phức tạp. - Tính kinh tế: Cắt plasma có tính kinh tế hơn so với cắt oxy-gas khi cắt với các tấm dày dưới 25mm. * Nhược điểm: - Cắt thép tấm bằng Plasma năng suất cắt cao chiều dày cắt lớn có thể cắt được tấm dày tới 50mm [2] tuy nhiên cắt Plasma điện cực cắt, vòi phun thường xuyên phải thay thế làm tăng giá thành sản xuất cắt Plasma không thể cắt với vật cắt không phải kim loại. Hồ quang Plasma thổi kim loại nóng chảy và xỉ cháy ra khỏi rãnh căt nó cũng nung nóng vật cắt kim loại, đầu mỏ súng cắt plasma, tất cả các điều này có thể phát lửa và gây cháy và bỏng cho người công nhân. Súng mỏ cắt plasma được thiết kế an toàn tự ngắt khi mất chụp sứ bảo vệ hoặc khi vòi phun ngoài chạm điện cực. Tuy nhiên do đặc tính điện áp cao để duy trì hồ quang điện áp này dễ gây nguy hiểm nếu bị rò. Hồ quang cắt plasma có thể gây ra bỏng mắt và da khi tiếp xúc lâu. Cắt plasma có sinh ra khói độc và khí, nếu hít phải có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe. Chi phí khí cắt khá cao ảnh hưởng tới tính kinh tế trong quá trình sản xuất [2]. Giá thành điện cực cao khi cắt chiều dài kim loại >40mm phải sử dụng các nguồn lớn, thiết bị đắt tiền. Điện cực nhanh mòn (400 lần phát hồ quang/điện cực [2]. 1.4. Cắt bằng Laser * Đặc điểm, công dụng: Nguyên lý của công nghệ này là sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao và dẫn hội tụ lại tạo nên điểm tập trung năng lượng rất lớn dưới 15 dạng nhiệt và có khả năng nung nóng thậm chí đốt cháy vật liệu tại điểm hội tụ đó. Một trong những ứng dụng Laser thường thấy trong công nghệ chế tạo là Cắt vật liệu bằng tia Laser. Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia Laser Theo nguyên lý hình thành Laser CO2, khi hỗn hợp khí CO2, N2, He bị kích thích bởi điện áp phân cực với hiệu điện thế và tần số cao sẽ xảy ra quá trình chuyển hóa giữa các trạng thái năng lượng, là nguyên nhân tạo ra các luồng hạt Photon dưới dạng sóng bức xạ với 02 bước sóng chính là 10,4 Micromet và 9,4 Micromet. Đáng chú ý nhất là bước sóng 10,4µm vừa có 16 tính chất dao động nhiệt - mang năng lượng nhiệt cao nhưng cũng mang những tính chất của ánh sáng mặc dù không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Bức xạ này được gọi là Laser và do hình thành từ sự dao động phân tử khí CO2 nên còn gọi là Laser CO2. Do 2 tính chất vật lý như nói trên, Laser CO2 rất phù hợp trong ứng dụng cắt vật liệu. Thứ nhất, với tính chất vật lý dao động nhiệt, Laser CO2 mang theo nguồn năng lượng lớn, tốc độ rất cao dưới dạng nhiệt nên có thể sử dụng để nung nóng hoặc thậm chí đốt cháy vật liệu tại những vị trí tác động. Thứ 2 là tính chất vật lý của ánh sáng như phản xạ (khi gặp gương phản xạ), khúc xạ khi đi qua các môi trường trong suốt có hệ số khúc xạ (chiết suất) khác nhau. Với tính chất phản xạ, khúc xạ, chúng ta có thể sử dụng các dụng cụ quang học như gương phản xạ để chuyển hướng đường đi của chùm tia, sử dụng thấu kính để hội tụ chùm tia làm tăng lên nhiều lần mật độ năng lượng của chùm tia. Trên cơ sở đó chúng ta có được 2 yếu tố then chốt là khuếch đại năng lượng tới ngưỡng cần thiết và dẫn nguồn năng lượng đó tới vị trí cần gia công. Việc di chuyển đầu cắt trong quá trình gia công (do Hệ máy chính, hệ điều khiển CNC đảm nhiệm) luôn luôn đảm bảo đường đi của chùm tia Laser khi tới trước thấu kính hội tụ không bị suy giảm, giữ được hướng và điểm hội tụ do đó luôn là điểm tập trung mật độ năng lượng cao nhất dù ở các vị trí khác nhau trong quá trình di chuyển cắt. Nguồn Laser CO2 có cấu tạo phức tạp tùy thuộc vào công nghệ chế tạo của các hãng khác nhau nhưng có thể chia thành các nhóm bộ phận chính sau: buồng cộng hưởng dao động; Bơm nhồi để tạo vận tốc luồng hỗn hợp khí tới hơn 200m/s (720km/h), Bơm xả để xả hỗn hợp khí trong quá trình duy trì áp suất và chất lượng khí của buồn cộng hưởng; Hệ thống tạo điện cao áp RF với điện áp 3~4KV hoặc cao hơn, tần số tới 2MHz; Hệ thống các cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng nước làm mát, cảm biến 17 công suất Laser chuyên dụng Hệ thống đường ống dẫn nước làm mát tuần hoàn tới các điểm phát sinh nhiệt độ. * Ưu điểm: Công nghệ gia công này có những ưu điểm vượt trội so với một số công nghệ gia công truyền thống trong cùng nhóm ứng dụng như: cho năng suất rất cao (tốc độ gia công lớn), chất lượng gia công bề mặt đẹp –vết cắt nhỏ gọn, cắt được biên dạng phức tạp (quá trình cắt laser thường được sử dụng là nguyên công sau cùng, không cần gia công lại), gia công được nhiều loại vật liệu cả kim loại và phi kim, gốmVật tư nhiên liệu tiêu hao ít. * Nhược điểm: Nhược điểm của phương pháp này là hệ thống thiết bị, công nghệ phức tạp nên giá thành cao, khó làm chủ công nghệ thiết bị, không thích hợp với một số sản phẩm yêu cầu ít phát sinh nhiệt tại bề mặt gia công, ngoài ra tia laser không cắt được một số kim loại có tính chất hấp thụ laser như đồng, không cắt được vật liệu có độ dày lớn. Ngoài các nguy cơ mất an toàn nói chung như các nhóm thiết bị gia công chế tạo khác, khi vận hành hoặc sửa chữa thiết bị cắt bằng Laser CO2 cần đặc biệt lưu ý những điểm sau: - Nguy hiểm từ điện cao áp: để tạo ra Laser, hệ thống sử dụng điện công nghiệp thông thường 3pha/220V/50Hz hoặc 3pha/380V/50Hz qua các mạch khuếch đại điện áp và điều chế xung tạo thành điện cao áp với tần số cao và công suất lớn: điện áp >2000V (có những thiết bị sử dụng tới 18.000V), tần số tới 2MHz hoặc cao hơn; công suất tới hàng chục Kw. Đây là điện áp đặc biệt nguy hiểm đối với con người. Trong nguồn Laser CO2, các điểm có điện cao áp thường được bảo vệ kín để giảm thiểu sự rò rỉ và tiếp xúc. Tuy nhiên khi làm việc tại các khu vực này, cần mang găng tay cao su, đi ủng cách điện, tránh đứng hoặc tiếp xúc với bề mặt ẩm ướt hoặc chi tiết 18 dẫn điện, không mang đồ dùng trang sức trên người bằng kim loại vì có thể gây phóng điện hoặc va chạm gây cháy chập. - Nguy hiểm từ nguồn nhiệt: Có 2 dạng nguy cơ gây bỏng là do tiếp xúc với các điểm nhiệt độ cao và bỏng do tiếp xúc chùm tia Laser. Các điểm có nhiệt độ cao như: buồng cộng hưởng, đường ống dẫn khí từ buồng cộng hưởng, bơm nhồi, bơm xả, gương phản xạ, cảm biến Laser. Ngoài ra tia Lase CO2 với bước sóng 10,4 m và 9,4µm là dạng sóng mang tính chất của sóng ánh sáng nhưng không nhìn thấy bằng mắt thường nên cần hết sức cẩn thận, tia này đặc biệt nguy hiểm đối với mắt và da. Khi phải thao tác căn chỉnh hướng phản xạ chùm tia hoặc bào trì sửa chữa, cần chú ý chỉ cho hệ thống ở trạng thái kích hoạt laser khi đã đóng kín các tấm che bảo vệ, ngoài nên sử dụng các đồ bảo hộ hoặc các vật liệu che chắn có tính chất hấp thụ tia Laser như nhựa acrylic tại những khu vực có khả năng phát tán chùm tia. 1.5. Cắt phôi bằng máy cắt lưỡi song song Hình 1.7. Sơ đồ dao lưỡi song song 19 Thật chất của quá trình cắt đứt kim loại bằng áp lực lưỡi cắt là sự biến dạng dẻo sau đó đến phá huỷ kim loại. Quá trình cắt đứt vật liệu chia làm ba giai đoạn liên tục.  Giai đoạn 1: đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi.  Giai đoạn 2: là giai đoạn biến dạng dẻo. Dao đi xuống làm cho lực cắt tăng lên vượt quá điểm tới hạn, kim loại bị biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo này phát sinh ngay ở mép của dao cắt, ứng suất tập trung làm phát sinh dòng chảy kim loại tạo thành vùng kim loại bị chèn ép. Sự chèn ép cục bộ đó sẽ phát triển đến khi toàn bộ chiều dày của kim loại đạt đến ứng suất đủ để làm xuất hiện đường trượt. Những đường trượt này tạo ra đường dẻo hẹp hình bình hành khi cắt, do đó biến dạng trượt kèm theo uốn và kéo các thớ kim loại cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt. Giai đoạn này dao cắt từ 20 50% chiều dày kim loại.  Giai đoạn 3: Dao tiếp xúc đi xuống, tại thời điểm khi ứng lực gần đến giới hạn bền, các vết nứt xuất hiện từ hai mép của dao tiến sâu vào vật liệu và làm đứt rời vật liệu. * Ưu điểm: Mặt phẳng cắt đẹp, hành trình nhỏ, thời gian ngắn. Có thể cắt được chi tiết có chiểu rộng 3200mm, chiều dày cắt tới 60mm [14]. * Nhược điểm: Lực cắt lớn đường tác dụng lực cắt trên hai lưỡi cắt không nằm trên một đường thẳng có khoảng cách z và a do đó tạo mômen lực làm phôi quay đi một góc o2010  , tăng lượng khe hở S sẽ làm giảm chất lượng mép cắt 20 Chỉ cắt được đường thẳng với chiều rộng nhỏ hơn chiều dài của lưỡi cắt (B<L) [14] 1.6. Máy cắt thép có lưỡi dao dạng đĩa Hình 1.8. Sơ đồ bố trí dao đĩa Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ góc ( ), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa. Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Đặc điểm nổi bật khi cắt trên máy cắt dao đĩa là với một đường kính đĩa dao xác định, máy cắt không những chỉ cắt kim loại mà còn giữ chặt và kéo kim loại vào vùng cắt. Vì vậy chiều dài của dải cắt là không giới hạn. Khi S < 3mm (chiều dày vật liệu) D = 60S [14] S = (410)mm (1.1) [14] D = (4050) S (1.2) [14] S> 10 mm [14] D = 30S [14] D: đường kính của dao cắt. 21 Để mặt cắt thẳng và đẹp không có ba via thì máy cắt đĩa phải có độ ăn dao. h = (0,20,3) S (1.3) S chiều dày tấm tôn. Khe hở giữa hai dao: Z = (0,10,15) S (1.4) Dao chế tạo xong đạt độ cứng 60HRC, góc ăn dao  < 140 Góc trước:  = 10 1030’ Ngoài ra để khắc phục hiện tượng quay tấm kim loại ta phải mài góc trước  = 8100. Nhưng ít dùng vì để tận dụng tuổi bền dao. * Ưu điểm: - Kết cấu máy đơn giản - Cắt tuần tự từng điểm một quá trình cắt liên tục. - Cắt được được chiều dài không hạn chế và có thể cắt được các đường tròn khi gắn bộ khởi động từ điều chỉnh quá trình cắt. - Không tốn thời gian cho hành trình chạy không, năng suất cao. * Nhược điểm: - Các thao tác đều thực hiện bằng thủ công (lấy dấu, đưa phôi vào và đưa phôi ra). - Khi cắt các đường không phải đường thẳng cần lắp thêm bộ khởi động từ để điều chỉnh tốc độ cắt.  Kết luận chương 1: - Với phương pháp cắt thủ công: + Tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, chiều dày cắt nhỏ, năng xuất cắt rất thấp. + Phương pháp này chỉ áp dụng đối với các phân xưởng thủ công, cắt các loại thép tấm có chiều dày bé và diện tích nhỏ. 22 + Chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích nhỏ. Chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ. - Với phương pháp cắt bằng ngọn lửa khí: + Đây là phương pháp cắt phụ thuộc vào sự điều khiển của con người, sản phẩm làm ra phụ thuộc vào tay nghề người công nhân đứng máy, sai số trong quá trình cắt là lớn vì phụ thuộc vào kinh nghiệm của người công nhân, các quá trình điều chỉnh chế độ cắt, lưu lượng cắt đều do con người đảm nhận. Do phải làm việc thủ công nên năng suất lao động không cao, vết cắt không tốt bằng vết cắt cơ học, hiệu quả kinh tế cũng thấp. Đối với cắt bằng Gas – Oxy người công nhân còn phải đối mặt với nguy cơ tai nạn lao động cao do nổ bình. Chi phí khí cắt khá cao ảnh hưởng tới tính kinh tế trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên cắt bằng ngọn lửa khí thuận lợi trong các điều kiện thi công ngoài công trường hoặc các vị trí khó cắt trong không gian. + Không cắt được Al, Cu, thép không rỉtốc độ cắt nhỏ hơn 800mm/phút [2]. - Với phương pháp cắt bằng Plasma: + Cắt thép tấm bằng Plasma năng suất cắt cao chiều dày cắt lớn có thể cắt được tấm dày tới 50mm [2] tuy nhiên cắt Plasma điện cực cắt, vòi phun thường xuyên phải thay thế làm tăng giá thành sản xuất cắt Plasma không thể cắt với vật cắt không phải kim loại. + Hồ quang Plasma thổi kim loại nóng chảy và xỉ cháy ra khỏi rãnh cắt nó cũng nung nóng vật cắt kim loại, đầu mỏ súng cắt plasma, tất cả các điều này có thể phát lửa và gây cháy và bỏng cho người công nhân. Súng mỏ cắt plasma được thiết kế an toàn tự ngắt khi mất chụp sứ bảo vệ hoặc khi vòi phun ngoài chạm điện cực. Tuy nhiên do đặc tính điện áp cao để duy trì hồ quang điện áp này dễ gây nguy hiểm nếu bị rò. Hồ quang cắt plasma có 23 thể gây ra bỏng mắt và da khi tiếp xúc lâu. Cắt plasma có sinh ra khói độc và khí, nếu hít phải có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe. Chi phí khí cắt khá cao ảnh hưởng tới tính kinh tế trong quá trình sản xuất [2] - Với phương pháp cắt bằng tia Laser: + Công nghệ phức tạp nên giá thành cao, khó làm chủ công nghệ thiết bị, không thích hợp với một số sản phẩm yêu cầu ít phát sinh nhiệt tại bề mặt gia công, ngoài ra tia laser không cắt được một số kim loại có tính chất hấp thụ laser như đồng, không cắt được vật liệu có độ dày lớn. + Hiệu suất thấp. + Khó điều chỉnh công suất đầu ra. + Khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém. + Có kỹ thuật cao, đầu tư cao. + Cần phải xác định chính xác điểm gia công. - Với phương pháp cắt bằng máy cắt thép có lưỡi dao dạng đĩa + Kết cấu máy đơn giản không tốn nhiều chi phí về kinh tế trong quá trình chế tạo. + Cắt tuần tự từng điểm một, quá trình cắt liên tục. + Không tốn thời gian cho hành trình chạy không, năng suất cao. + Cắt được được chiều dài không hạn chế rất phù hợp cho các quá trình gia công như gia công các kết cấu dầm I (Cần cắt những tấm tôn có chiều dài lớn mà các phương pháp khác khó thực hiện được) gia công các tấm cốp pha trong ngành xây dựng (cốp pha cột, cốp pha cống...) đặc biệt là trong các trường dạy nghề hiện nay cụ thể như nghề hàn, nghề phay... ứng dụng trong bộ môn chế tạo phôi là hết sức cần thiết giảm được rất 24 nhiều chi phí về kinh tế cho nguyên công chế tạo phôi (loại bỏ được chi phí như: chi phí khí ga, ôxy, axetylen...) Trong công nghệ gia công không tạo phoi, việc cắt phôi tấm kim loại bằng dụng cụ cắt dạng đĩa với đường tạo hình (đường cắt) được sử dụng với chiều dài cắt không giới hạn. Với đường cắt có hình dáng phức tạp, cần phối hợp và thực hiện đồng thời các thành phần chuyển động chạy dao trên máy cắt, điều khiển chạy dao linh hoạt thường dùng các phương pháp cắt Laser, Plasma trên máy cắt có phần mềm CAD/CAM để thiết kế, lập trình tự động diều khiển quá trình cắt hợp lý, hiệu quả và năng xuất. Tuy nhiên, máy cắt thép tấm sử dụng dao cắt dạng đĩa vẫn được lựa chọn khi cắt các tấm dài, sản xuất loạt nhỏ vì cấu tạo máy đơn giản, công suất tiêu thụ không cao, dụng cụ cắt đơn giản, chi phí thiết bị không cao. Trong khi đó chưa có nghiên cứu cắt thép bằng lưỡi dao dạng đĩa cho những trường hợp cắt thép tấm cụ thể. Vì vậy, cắt phôi tấm bằng dao cắt dạng đĩa vẫn được các nhà kỹ thuật quan tâm, việc nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo dao cắt dạng đĩa và lựa chọn chế độ cắt hợp lý để giảm công suất tiêu thụ và nâng cao chất lượng vết cắt khi cắt thép tấm” là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 25 CHƯƠNG II. CẮT PHÔI TẤM BẰNG ĐĨA CẮT (CON LĂN) 2.1. Cơ chế cắt phôi tấm bằng đĩa cắt (con lăn) 2.1.1. Biến dạng của kim loại Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ là ba quá trình nối tiếp nhau xảy ra trong kim loại và hợp kim dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng. Hình 2.1. Biến đồ biến dạng của kim loại Từ biểu đồ ta thấy:  Khi tải trọng tác dụng P < Pp thì biến dạng kim loại tỷ lệ bậc nhất với tải trọng hay đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi.  Khi tải trọng từ Pp  Pa thì biến dạng tăng với tốc độ nhanh và đây là giai đoạn biến dạng dẻo kèm theo biến dạng đàn hồi. P Tải trọng Pb Pa Pp b d a c O a' a” l (độ biến dạng) 26  Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất Pb thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đây ứng suất tăng nhanh và kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng là phá huỷ kim loại. Biến dạng đàn hồi: Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực. Ứng suất là phản lực tính trên một đơn vị diện tích, ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp  , gây ra biến dạng . Ứng suất tiếp  sinh ra xê dịch  trong mặt chịu lực. Ứng suất pháp ba chiều (áp lực P) làm biến đổi thể tích V/V. Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp sinh ra như sơ đồ sau. Đó là biến dạng mất đi khi bỏ tải, tuyến tính và không có vòng trễ. a) b) c) d) Hình 2.2 Biến dạng đàn hồi a. Ứng suất kéo c. Ứng suất tiếp b. Ứng suất nén d. Ép ba chiều Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi được mô tả bằng định luật Hooke. Phương trình cơ sở của lý thuyết đàn hồi.  = E (cho kéo, nén)  = G  (cho xê dịch) Trong đó: E: môdun đàn hồi. 27 G: độ xê dịch Và: P = K.V/V (cho phép ba chiều) (2.1) K = E/[ 3(1-2)] (2.2) G = E/[2(1-)] (2.3) Đa số vật liệu:  = 0,3 Như vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có thể hiểu là: các nguyên tử trong mạng tinh thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút, lực đẩy. Bình thường nếu khoảng cách giữa các nguyên tử bằng bán kính của nguyên tử r0 thì các nguyên tử hút với nhau. Còn khi có ngoại lực tác dụng thì mạng tinh thể bị xô lệch mạng làm cho khoảng cách giửa các nguyên tử khác r0 thì lúc này xuất hiện các lực tương hỗ giữa các nguyên tử về vị trí cân bằng. Những thay đổi sau biến dạng: Tổ chức tế vi: Biến dạng dẻo làm thay đổi rõ rệt tổ chức tế vi hay cơ tính: Sau khi biến dạng dẻo, ngoài biên giới hạt ra, một phần khá lớn mạng tinh thể của kim loại không sắp xếp trật tự. Mức độ biến dạng càng lớn, mức độ xô lệch mạng tinh thể càng cao. Trong quá trình biến dạng dẻo hình dạng hạt hay thay đổi rất nhiều, hạt có thể bẹt và dài ra khó nhận biết được biên giới hạt trên tổ chức tế vi, hoặc khi độ biến dạng lớn các hạt kim loại có thể bị chia cắt và trở nên nhỏ hơn, pha thứ hai hoặc tạp chất bị nhỏ vụn ra rồi kéo dài theo phương biến dạng (cán, kéo, rèn, ép) tạo nên tổ chức dạng thớ, làm cho kim loại bị phá huỷ dòn theo chiều ngang thớ. Trong quá trình trượt có kèm theo sự quay của mặt và phương trượt với xu hướng tiến gần về trục biến dạng chính. Mức độ biến dạng càng lớn mức độ quay càng nhiều và có thể làm cho các hạt đều có phương mạng giống nhau được gọi là hiện tượng định hướng phương mạng hay textua. 28 Tính chất: Biến dạng dẻo làm xuất hiện ứng suất dư biến đổi cơ, lý, hoá tính của kim loại. Sau khi biến dạng dẻo trong kim loại có tồn tại ứng suất dư. Người ta chia làm hai loại: ứng suất dư tế vi và thô đại. Ứng suất dư tế vi: Là loại ứng suất tồn tại trong kim loại. Sau khi bỏ tải trọng biến dạng, được cân bằng trong phạm vi từng phần nhỏ của hạt hay trong từng hạt. Nguyên nhân là do biến dạng dẻo xảy ra không đồng nhất giữa các hạt do hình thành các mặt trượt, tạo nên xô lệch mạng. Độ biến dạng càng lớn ứng suất dư tế vi càng tăng. Ứng suất dư tế vi gắn liền với xô lệch mạng có tác dụng cản trở chuyển động của lệch làm tăng ứng suất thô đại, là loại ứng suất tồn tại trong cả thể tích kim loại hay giữa các phần sinh ra do biến dạng không đồng đều trên toàn tiết diện. Ứng suất thô đại không có lợi là một trong những nguyên nhân gây phá huỷ. Biến dạng dẻo làm biến đổi cá tính của kim loại, làm tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi. Biến dạng dẻo làm biến đổi lý, hoá tính kim loại: Vì biến dạng dẻo làm tăng xê lệch mạng, nhỏ hạt nên giảm tính dẫn điện (tăng điện trở), lực kháng từ tăng lên, độ thấm từ, cảm ứng tư dủ giảm đi. Các lý tính như nhiệt dung, hệ số giản nỡ nhiệt không đổi, hoạt tính hoạt động hoá học, nó dễ bị ăn mòn và có khuynh hướng nứt ăn mòn. Phá huỷ: Quá trình biến dạng tăng dần với mức độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ. Đây là một dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được. Cơ chế của quá trình phá huỷ: Đầu tiên hình thành các vết nứt từ kích thước siêu vi mô, vi mô đến vĩ mô. 29 Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh: Phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mức độ tương đối gọi là phá huỷ dẻo. Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm. Điều kiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo ba chiều trong vùng có co thắt cục bộ. Hình 2.3. Các dạng nứt khi phá huỷ dẻo Phá huỷ dòn hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo xảy ra tức thời nên khá nguy hiểm. Bề ngoài mặt đứt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suất pháp lớn nhất nhưng mặt vĩ mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định (mặt vỏ dòn ở bên trong mọi hạt). Hình 2.4. Đường cong thử kéo Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là: nhiệt độ, tốc độ biến dạng và tập trung ứng suất.   Giòn Dẻo 30 Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt. c = 2 1 s C. E2         (2.4) E - môđun đàn hồi. s - sức căng bề mặt. C - kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu. Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ (phá huỷ mỏi): Cơ chế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt. Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố: Ứng suất tác dụng, số chu kỳ tác dụng của tải trọng, yếu tố tập trung của ứng suất. Phá huỷ ở nhiệt độ cao (phá huỷ dão): Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: Các hạt trượt lên nhau theo biên giới hạt có tập trung ứng suất tạo ra vết nứt. Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ. Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi kim loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra ở các mức độ khác nhau dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng. Hình 2.5- Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại Δl Δd Δdh Pđh Pd P 31 Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn Pđh thì biến dạng kim loại tăng theo đường bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi: biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng. Khi tải trọng từ Pdh → Pd thì độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh, đây là giai đoạn biến dạng dẻo, kim loại bị biến đổi kích thước, hình dạng sau bỏ tải trọng tác dụng lên nó. Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất thì trong kim loại bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thướt vết nứt tăng lên, cuối cùng kim loại bị phá huỷ. Đó là giai đoạn phá huỷ: tinh thể kim loại bị đứt rời. Trong kim loại đơn tinh thể các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó b) c) d)       a) Hình 2.6- Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể kim loại Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị biến dạng. Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá 32 một thông số mạng, nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu. Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tính. 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. Theo hình thức song tính, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tính. Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tính. Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quá trình kim loại bị phá huỷ hay quá trình kim loại bị cắt đứt. Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại vì ảnh hưởng của các nhân tố như: nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát ngoài vv... đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất dư, bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư, sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại. 2.1.2. Sự thay đổi, biến dạng tính chất của thép tấm trong quá trình gia công Khi cắt tính chất của thép tấm bị thay đổi. Sở dĩ như vậy là trong quá trình cắt biến dạng dẻo nguội làm cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạng các hạt kim lọai cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và xuất hiện những mặt trượt kích thích quá trình hóa già của kim loại. 33 Sự hóa già do biến dạng: Hệ quả của sự hóa già kim loại là giảm tính dẻo (độ giãn dài tỷ đối giảm) và nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy v