(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và nhiệt độ đến biến dạng tạo hình khi dập vuốt chi tiết dạng cốc từ vật liệu SPCC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN LUYỆN THẾ THẠNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

LUYỆN THẾ THẠNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT

CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC

Hưng Yên - 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

LUYỆN THẾ THẠNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT

CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 9520103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Nguyễn Đức Toàn

2 GS.TSKH Bành Tiến Long

Hưng Yên - 2022

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS TSKH NGND Bành Tiến Long và GS.TS Nguyễn Đức Toàn, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cám ơn Công ty TNHH Cơ khí Ô tô Đức Hòa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành thực nghiệm luận án

Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ môn Tự động hóa thiết kế công nghệ cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả đồng nghiệp, bạn bè, gia đình

và người thân đã luôn ở bên động viên khích lệ và mong muốn tôi hoàn thành luận án này

Nghiên cứu sinh

(đã ký)

Luyện Thế Thạnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

2.1 Mục đích nghiên cứu 2

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

5 Những đóng góp mới của đề tài 4

6 Cấu trúc của nội dung luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP VUỐT CÓ GIA NHIỆT 5

1.1 Công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí 5

1.2 Công nghệ dập vuốt và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt……… ……6

1.2.1 Khái quát về công nghệ dập vuốt………6

1.2.2 Xác định các thông số của quá trình dập vuốt……… ….………10

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt 17

1.3 Các phương pháp gia nhiệt trong dập vuốt 20

1.3.1 Các mô hình gia nhiệt trên phôi dập vuốt………20

1.3.2 Mô hình gia nhiệt trên khuôn dập vuốt………24

1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về gia công tạo hình vật liệu tấm có gia nhiệt 25

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước……… 25

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 34

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG GIỚI HẠN TẠO HÌNH CỦA VẬT LIỆU SPCC TẠI CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU 35

2.1 Mô hình thuộc tính và phá huỷ vật liệu 35

2.1.1 Phá huỷ dẻo vật liệu……… 35

2.1.2 Mô hình phá hủy vật liệu……… 37

2.1.3 Mô hình thuộc tính vật liệu 44

2.1.4 Xác định cơ tính vật liệu SPCC sử dụng trong nghiên cứu 45

2.2 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ phòng và nhiệt độ gia nhiệt độ khác nhau 49

2.2.1 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ phòng 50

2.2.2 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ gia nhiệt độ khác nhau……… …….55

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 63

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ CỦA CHI TIẾT DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT 64

3.1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm 64

3.2 Thiết lập thực nghiệm 66

3.2.1 Vật liệu thực nghiệm……….66

3.2.2 Phôi và dụng cụ phục vụ trong thực nghiệm………66

3.2.3 Máy thực nghiệm……… 67

3.2.4 Bộ khuôn thực nghiệm……… 68

3.2.5 Thiết bị gia nhiệt và bộ thu thập dữ liệu về nhiệt độ……….69

3.2.6 Thiết bị đo 71

3.3 Mô phỏng số trong gia công dập vuốt 73

3.3.1 Mô hình phần tử hữu hạn (FEM)……… 73

3.3.2 Thiết lập các thông số mô phỏng và thực nghiệm………74

3.4 Nghiên cứu về quá trình gia nhiệt trong dập vuốt bằng thực nghiệm 76

3.4.1 Sơ đồ thực nghiệm………76

3.4.2 Xây dựng mô hình toán học thể hiện mối quan hệ giữa thời gian gia nhiệt và nhiệt độ phôi khi dập vuốt 77

3.5 Kiểm chứng độ chính xác của FLC vật liệu SPCC tại các nhiệt độ khác nhau thông qua mô phỏng và thực nghiệm 79

3.5.1 Kiểm chứng FLC tại nhiệt độ phòng 79

3.5.2 Kiểm chứng FLC tại nhiệt độ khác nhau……….81

3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn phôi, mức độ dập vuốt, bán kính cong của chày và nhiệt độ đến chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ 82

3.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn phôi (FBH) đến chiều cao tạo hình của chi

tiết dạng cốc trụ 82

3.6.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ dập vuốt (Mt) đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 85

3.6.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong của chày Rp đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 87

3.6.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phôi T (0C) đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 89

3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt 91

3.7.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ phòng 93

3.7.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ khác nhau 95

3.7.3 So sánh phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ thông qua mô phỏng tại các nhiệt độ khác nhau 97

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 99

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN THỂ HIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ CHI TIẾT DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT 100

4.1 Thiết kế thực nghiệm 100

4.2 Điều kiện thực nghiệm 104

4.3 Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra 105

4.3.1 Phân tích mối quan hệ của các thông số (FBH, Rp, Mt) đến chiều cao tạo hình (HR) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt 105

4.3.2 Phân tích mối quan hệ của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình (HR2) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt 110

4.3.3 Phân tích mối quan hệ của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều dày phân bố (tP) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt 116

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 121

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 129

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

FLC Forming Limit Curve – Đường cong giới hạn tạo hình

FLD Forming Limit Diagram – Sơ đồ đường cong giới hạn

FFLD Fracture Forming Limit Diagram – Sơ đồ giới hạn tạo hình

phá hủy

FEM Finite Element Method – Mô phỏng bằng phương pháp

phần tử hữu hạn

MMFC Modified Maximum Force Criterion – Tiêu chuẩn trở lực

tối đa được sửa đổi

SPCC Steel – Plate – Cold rolled – Carbon – Thép tấm cán nguội

J-C Mô hình Johnson – Cook

B-W Mô hình Bao-Wierzbicki

P.S Plane Strain – Biến dạng phẳng

U.T Uniaxial Tension – Biến dạng kéo đơn trục

B.T Equibiaxial Tension – Biến dạng kéo đều đồng thời theo

hai phương

S.F Stretch Forming – Biến dạng tạo hình kéo

S.P Pure Shear – Biến dạng cắt thuần túy

U.C Uniaxial Compression – Biến dạng nén đơn trục

H R Chiều cao tạo hình khi chi tiết bắt đầu xuất hiện rách

(Gọi tắt là “chiều cao tạo hình”)

mm

H R-TN Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi thực

nghiệm

mm

H R-MP Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng mm

H v Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC

được xây dựng dựa trên mô hình của Voce trong mô phỏng số)

mm

H s Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC

được xây dựng dựa trên mô hình của Swift trong mô

phỏng số)

mm

H kt Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC

được xây dựng dựa trên mô hình của Kim-Tuan trong mô

phỏng số)

mm

∆𝐻𝑣; ∆𝐻𝑆; ∆𝐻𝑘𝑡 Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi sử

dụng mô hình tương ứng Voce; Swift; Kim-Tuan

H SDX Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi sử dụng

FLC theo phương pháp đề xuất mới

mm

∆𝐻𝑆𝑇𝐿; ∆𝐻𝑆𝐷𝑋 Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi sử

dụng FLC theo phương pháp tỷ lệ và phương pháp đề xuất mới

%

∆𝐻𝑀𝑡 Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay

đổi mức độ dập vuốt

%

∆𝐻𝑅𝑝 Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay

đổi bán kính cong của chày

H R1-PT Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ được xác định

từ mô hình tại nhiệt độ phòng

mm

H R2-PT Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ được xác định

từ mô hình tại nhiệt độ khác nhau

mm

t P Chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ mm

t k Chiều dày lớn nhất của phần vành tại ổ biến dạng mm

∆𝑡𝑝 Sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ %

t MP Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng mm

t TN Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ khi thực nghiệm mm

t min Chiều dày nhỏ nhất của chi tiết dạng cốc trụ mm

t TB Chiều dày trung bình của chi tiết dạng cốc trụ mm t

µ Hệ số ma sát giữa cối và phôi

Vp Tốc độ của dụng cụ gây biến dạng mm/s

 Biến dạng hướng tiếp tuyến

𝜀̅𝑓𝑇𝑒𝑚𝑝, 𝜀̅𝑓𝑅𝑜𝑜𝑚 Biến dạng phá hủy tương đương tương ứng ở nhiệt độ cao

F, G, H, L, M và

N

Các tham số bất đẳng hướng Hill

0; 90; 45

r r r Hệ số dị hướng theo phương cán, phương ngang vuông

góc với hướng cán và theo phương 450

 Tỷ lệ ứng suất theo hai phương chính

Ts3 Cảm biến nhiệt độ trên tấm đế cối dập vuốt 0 C

ANOVA Analysis of Variance – Phân tích phương sai

S/N Signal – to – Nooise ratio – Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

MSD Bình phương độ lệch

yi Các giá trị kiểm tra của các thực nghiệm r

y0 Giá trị tiêu chuẩn hoặc giá trị mục tiêu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Các tham số trích dẫn [42-43] 11

Bảng 1 2 Các tính năng của phương pháp gia nhiệt được sử dụng để dập nóng 23

Bảng 2 1 Mô hình phá hủy vật liệu kim loại 38

Bảng 2 2 Mô hình thuộc tính vật liệu 44

Bảng 2 3 Thuộc tính của SPCC tại nhiệt độ phòng 48

Bảng 2 4 Thuộc tính của SPCC tại nhiệt độ khác nhau 49

Bảng 2 5 Các thông số của phương trình Swift, Voce và Kim-Tuan cho vật liệu SPCC 51 Bảng 2 6 Các hệ số được xác định ở ba chế độ tạo hình, dựa trên hàm ứng suất Hill’s 1948 53

Bảng 2 7 Biến dạng phá hủy tương đương với các mô hình vật liệu 54

Bảng 2 8 Biến dạng chính – phụ với các mô hình vật liệu 54

Bảng 2 9 Biến dạng tương đương và chỉ số ứng suất theo 3 phương 58

Bảng 2 10 Biểu thị chỉ số ứng suất theo 3 phương và tỷ số biến dạng 58

Bảng 2 11 Các thông số thu được bằng cách giải hệ phi tuyến phương trình 58

Bảng 2 12 Giá trị phá hủy tại các nhiệt độ khác nhau của vật liệu SPCC 59

Bảng 2 13 Biến dạng chính – phụ tại các nhiệt độ khác nhau 60

Bảng 2 14 Biến dạng tương đương tại các nhiệt độ và chỉ số ứng suất theo 3 phương của các mẫu dập bởi mô hình chày dập kéo dài Hecker’s 61

Bảng 2 15 Các thông số thu được bằng cách giải hệ phi tuyến phương trình 61

Bảng 3 1 Bảng thành phần hóa học của vật liệu SPCC ( tiêu chuẩn JIS-G3141) 66

Bảng 3 2 Thông số của máy ép thủy lực bốn trụ đôi Y28-200 67

Bảng 3 3 Tính chất của vật liệu chế tạo khuôn 68

Bảng 3 4 Các thông số hình học và công nghệ, vật lý cố định của quá tình dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ 75

Bảng 3 5 Các hằng số của Phương trình 3.1 78

Bảng 3 6 Các mức nhiệt độ dùng trong quá trình thực nghiệm 79

Bảng 3 7 So sánh chiều cao tạo hình giữa mô phỏng và thực nghiệm 80

Bảng 3 8 Kết quả so sánh về chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng và thực nghiệm 82

Bảng 3 9 Tên thực nghiệm và tham số quá trình khi nghiên cứu về lực chặn phôi 83

Bảng 3 10 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi thay đổi lực chặn phôi 85

Bảng 3 11 Tên thực nghiệm và các tham số quá trình khi thay đổi mức độ dập vuốt 86

Bảng 3 12 Ảnh hưởng của mức độ dập vuốt đến chiều cao tạo hình của cốc trụ thông qua thực nghiệm và mô phỏng 87

Bảng 3 13 Tên thực nghiệm và các tham số quá trình khi thay đổi bán kính cong của chày dập vuốt 87

Bảng 3 14 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay đổi bán kính cong của chày 88

Bảng 3 15 Tên thực nghiệm và tham số quá trình khi nghiên cứu về nhiệt độ 89

Bảng 3 16 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao tạo hình chi tiết thông qua mô phỏng và thực nghiệm 90

Bảng 3 17 Ảnh hưởng của lực chặn phôi đến sự phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc 92

Bảng 3 18 Sai lệch giữa mô phỏng FE và thực nghiệm về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ phòng 94

Bảng 3 19 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ khác nhau 96

Bảng 3 20 So sánh giữa kết quả mô phỏng về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại các nhiệt độ 97

Bảng 4 1 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, Mt) và đầu ra (HR1) 100

Bảng 4 2 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, T) và đầu ra (HR2) 100

Bảng 4 3 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, T) và đầu ra (tp) 100

Bảng 4 4 Kiểu đặc tính chất lượng các chỉ tiêu đánh giá chi tiết dạng cốc trụ 102

Bảng 4 5 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ phòng 102

Bảng 4 6 Mảng trực giao L9 khi gia công dập vuốt tại nhiệt độ phòng 102

Bảng 4 7 Ma trận thực nghiệm khi gia công thông thường tại nhiệt độ phòng 102

Bảng 4 8 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ khác nhau 103

Bảng 4 9 Mảng trực giao L9 khi dập vuốt có gia nhiệt khi nghiên cứu đầu ra là chiều cao tạo hình 103

Bảng 4 10 Ma trận thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt khi nghiên cứu đầu ra là chiều cao tạo hình 103 Bảng 4 11 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ khác nhau 104 Bảng 4 12 Mảng trực giao L9 khi dập vuốt có gia nhiệt khi thông số đầu ra là chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ 104 Bảng 4 13 Ma trận thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt khi thông số đầu ra là chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ 104 Bảng 4 14 Kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa các thông số (FBH, Rp, Mt) đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt 106 Bảng 4 15 Kết quả ANOVA cho chiều cao tạo hình HR-MP 106 Bảng 4 16 Bảng phân tích phương sai ANOVA các yếu tố ảnh hưởng tới chiều cao tạo hình 108 Bảng 4 17 So sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm 109 Bảng 4 18 Kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt 111 Bảng 4 19 Kết quả ANOVA cho chiều cao tạo hình HR-MP 111 Bảng 4 20 Bảng phân tích phương sai ANOVA các yếu tố ảnh hưởng tới chiều cao tạo hình 114 Bảng 4 21 So sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm 115 Bảng 4 22 Kết quả đo phân bố chiều dày tại 8 điểm của chi tiết dạng cốc trụ tại 9 thực nghiệm 116 Bảng 4 23 Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt 117 Bảng 4 24 Kết quả ANOVA cho phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ 117 Bảng 4 25 Sai lêch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với bộ thông số hợp lý.

119

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Sơ đồ phân loại trong dập tấm [39] 6

Hình 1 2 Các chi tiết dạng tròn xoay 6

Hình 1 3 Các chi tiết dạng hộp và dạng cốc 6

Hình 1 4.Các chi tiết khung, vỏ ô tô được chế tạo bằng công nghệ dập tấm 7

Hình 1 5 Sơ đồ các nguyên công trong dập vuốt [39] 7

Hình 1 6 Sơ đồ dập vuốt xuôi với cối cố định 9

Hình 1 7 Sơ đồ dập vuốt xuôi với chày cố định 9

Hình 1 8 Sơ đồ quá trình dập vuốt ngược trên máy ép thủy lực 9

Hình 1 9 Các thiết bị chính sử dụng để dập vuốt 10

Hình 1 10 Các thông số hình học cơ bản của khuôn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ có vành 10

Hình 1 11 Sơ đồ phân chia bề mặt chi tiết thành các phần tử hình học đơn giản 12

Hình 1 12 Trình tự dập vuốt [43] 13

Hình 1 13 Các khu vực ma sát khi dập vuốt chi tiết dạng cốc [42, 44-45] 14

Hình 1 14 Hình trụ rỗng khai triển và các tam giác xen kẽ [2] 15

Hình 1 15 Sự phụ thuộc của áp lực riêng vào chiều dày của phôi ứng với các mức độ dập vuốt Mt 16

Hình 1 16 Vùng làm việc của lực chặn phôi trong dập vuốt 17

Hình 1 17 Sản phẩm dập bị rách [6] 17

Hình 1 18 Sản phẩm dập bị nhăn vành [7] 18

Hình 1 19 Chiều cao sản phẩm không đồng đều 18

Hình 1 20 Bề mặt cốc trụ bị cào xước sau khi dập [14] 19

Hình 1 21 Sản phẩm không đạt được kích thước chính xác do hiện tượng đàn hồi ngược [14] 19

Hình 1 22 Chiều dày thành sản phẩm biến mỏng không đồng đều 20

Hình 1 23 (a) Lò nung con lăn được sử dụng chủ yếu trong dập nóng [21] và (b) lò nhiều buồng, nhiều tầng nhỏ gọn để dập nóng 21

Hình 1 24 Phôi được gia nhiệt bằng lò nung [21] 21

Hình 1 25 (a) Thiết bị nung hồng ngoại (b) Tấm uốn cong với nhiệt độ nung khác nhau [22] 21

Hình 1 26 Nguyên lý gia nhiệt cảm ứng và (b) Phôi gia nhiệt cảm ứng cho dập nóng [24]

22

Hình 1 27 Phôi gia nhiệt điện trở được bố trí tách rời với khuôn dập [27] 22

Hình 1 28 Phôi được gia nhiệt bằng điện trở tích hợp cùng khuôn [27] 23

Hình 1 29 Gia nhiệt tiếp xúc [14] 23

Hình 1 30 Mô hình gia nhiệt trên khuôn dập vuốt 24

Hình 1 31 Mô hình gia nhiệt bằng tủ gia nhiệt lắp cùng bộ khuôn và máy dập [41] 24

Hình 1 32 Ảnh chụp mẫu vật dập cho các Mt khác nhau; (a) có rung siêu âm và (b) không có rung siêu âm 26

Hình 1 33 Biểu đồ về lực dập và mức độ dập vuốt 26

Hình 1 34 Kết quả phân tích FE; (a) hình dạng biến dạng (b) sơ đồ so sánh 27

Hình 1 35 Dự đoán hệ số ma sát; (a) mối quan hệ giữa hệ số ma sát và lực dập lớn nhất (b) các hệ số ma sát dự đoán và % chênh lệch 27

Hình 1 36 Sơ đồ của trình tự quá trình dập vuốt khi gia nhiệt ấm 29

Hình 1 37 Thay đổi Mt với nhiệt độ cối và nhiệt độ tấm chặn phôi 29

Hình 1 38 Sơ đồ thiết lập thực nghiệm quá trình dập vuốt gia nhiệt ấm 30

Hình 1 39 Xác định chiều cao của chi tiết dạng cốc: (a) đẳng nhiệt và (b) không đẳng nhiệt trong dập vuốt 30

Hình 1 40 Mô hình thực nghiệm Erichsen [62] 31

Hình 1 41 Mô hình thực nghiệm Marciniak và Nakazima [18] 31

Hình 1 42 Mẫu thực nghiệm xác định các điểm giới hạn tạo hình 32

Hình 1 43 Đường cong giới hạn tạo hình được xây dựng từ thực nghiệm [64] 32

Hình 2 1 Đường cong ứng suất biến dạng của vật liệu giòn và vật liệu dẻo [68] 35

Hình 2 2 Sự hình thành mầm, phát triển và hợp nhất lỗ trống trong vật liệu dẻo a) sự xâm nhập trong ma trận dẻo, b) sự tạo mầm các lỗ trống, c) sự phát triển lỗ trống, d) biến dạng trong vùng giữa các lỗ trống e) sự thắt hẹp giữa các lỗ trống, f) sự liên kết giữa các lỗ trống và phá hủy [68] 36

Hình 2 3 Sơ đồ cho thấy sự biến đổi giữa ba thành phần: Thành phần hỗn hợp của biến dạng tương đương và ứng suất theo 3 phương; biến dạng chính; ứng suất chính 40 Hình 2 4 Vị trí phá hủy BW biến đổi vào không gian của các biến dạng chính phá hủy 42

Hình 2 5 Sự biến đổi mô hình phá hủy BW trong không gian của các biến dạng chính (nhánh I) 42 Hình 2 6 Đường cong ứng suất biến dạng của thép 44 Hình 2 7 (a) Sơ đồ minh họa các hướng của ba mẫu được cắt từ tấm ban đầu và (b) kích thước của mẫu thực nghiệm kéo đơn trục theo tiêu chuẩn ISO 6892 (Đơn vị: mm) 46 Hình 2 8 Mẫu thực nghiệm kéo theo 3 hướng; a, song song với phương cán (RD-00); 46 Hình 2 9 Thí nghiệm kéo mẫu ở nhiệt độ phòng trên máy kéo nén 47 Hình 2 10 Thí nghiệm kéo mẫu ở nhiệt độ khác nhau trên máy kéo nén 47 Hình 2 11 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tại nhiệt độ phòng theo 3 hướng:

RD-00; RD-450; TD-900 48 Hình 2 12 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo nhiệt độ phòng và nhiệt độ khác nhau 48 Hình 2 13 Sơ đồ các bước xây dựng FLC tại các nhiệt độ khác nhau 49 Hình 2 14 Phương pháp hoạ đồ để đự đoán đường cong giới hạn tạo hình của kim loại tấm SPCC 54 Hình 2 15 FLC được tính toán dựa trên phương pháp họa đồ cho vật liệu tấm SPCC 55 Hình 2 16 Kích thước của mẫu thử FLD của vật liệu SPCC 56 Hình 2 17 Mô hình phần tử hữu hạn dùng trong mô phỏng trong ABAQUS 56 Hình 2 18 Kết quả mô phỏng FE khi sử dụng phương pháp họa đồ để dự đoán FLC 56 Hình 2 19 Mối quan hệ giữa chỉ số ứng suất theo 3 phương với biến dạng tương đương 57 Hình 2 20 So sánh giới hạn tạo hình của mô hình Hecker’s và dự đoán FLC bằng phương pháp họa đồ 57 Hình 2 21 Đường cong chỉ số ứng suất theo 3 phương với tỷ số biến dạng 59 Hình 2 22 Đồ thị đường cong về biến dạng phá hủy và chỉ số ứng suất theo 3 phương 59 Hình 2 23 FLC tại nhiệt độ khác nhau của vật liệu SPCC theo phương pháp tỷ lệ 60 Hình 2 24 Đường cong phá hủy với các điểm phá hủy từ mô phỏng tại các nhiệt độ 61 Hình 2 25 Đường cong giới hạn tạo hình tại nhiệt độ khác nhau được dự đoán theo phương pháp đề xuất mới 62

Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống các mô đun chính 64 Hình 3 2 Sơ đồ thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt trên máy ép thủy lực 65

Hình 3 3 Hình ảnh thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt trên máy ép thủy lực 150T 65

Hình 3 4 Phôi tấm vật liệu SPCC chiều dày t=0,6mm 66

Hình 3 5 Bộ dụng cụ thực nghiệm và các sản phẩm dập 67

Hình 3 6 Mô hình sản phẩm nghiên cứu 68

Hình 3 7 Bộ khuôn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ 69

Hình 3 8 Các chi tiết của bộ khuôn dập vuốt 69

Hình 3 9 Thanh nhiệt điện trở một đầu 70

Hình 3 10 Kết nối giữa máy tính với bộ thu thập dữ liệu USB-4718 71

Hình 3 11 Thước đo độ cao Mitutoyo 192-132 71

Hình 3 12 Sơ đồ đo chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 72

Hình 3 13 Thiết bị đo (kính hiểm vi Axiovert 40 MAT) 73

Hình 3 14 Các bước chuẩn bị mẫu trước khi đo chiều dày 73

Hình 3 15 Mô hình 3D của phần tử hữu hạn trong phần mềm ABAQUS 74

Hình 3 16 Mô hình gia nhiệt và đo nhiệt cho bộ khuôn dập vuốt 76

Hình 3 17 Sơ đồ thực nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt cho bộ khuôn dập vuốt 77

Hình 3 18 Sự tiến triển nhiệt độ tại các vị trí đặt cảm biến đối với phôi dập đầu tiên 78

Hình 3 19 Sự tiến triển nhiệt độ tại các vị trí đặt cảm biến đối với phôi dập tiếp theo 78

Hình 3 20 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ theo các mô hình vật liệu 80

Hình 3 21 Đồ thi so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ 80

Hình 3 22 Vị trí các điểm biến dạng chính/ phụ trên chi tiết dạng cốc trụ 81

Hình 3 23 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng và thực nghiệm tại nhiệt độ 2500C 81

Hình 3 24 Đồ thị so sánh về chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng và thực nghiệm 82

Hình 3 25 Phân phối ứng suất tương đương tại các lực chặn phôi thông qua mô phỏng (a) FBH =7,5 kN và (b) FBH =17,5 kN 83

Hình 3 26 Chi tiết dập vuốt ở các lực chặn phôi khác nhau: 83

Hình 3 27 Chiều cao tạo hình của cốc trụ khi thay đổi lực chặn phôi a) Mô phỏng số; b) Thực nghiệm 84

Hình 3 28 Biểu đồ ảnh hưởng của lực chặn phôi đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ 85

Hình 3 29 Chiều cao tạo hình của cốc trụ khi thay đổi mức độ dập vuốt 86

Hình 3 30 Ảnh hưởng của mức độ dập vuốt đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt vật liệu SPCC 87

Hình 3 31 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi thay đổi bán kính cong của chày a) Mô phỏng số; b) Thực nghiệm 88

Hình 3 32 Biểu đồ ảnh hưởng của bán kính cong của chày đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ 89

Hình 3 33 Chiều cao tạo hình của chi tiết khi thay đổi nhiệt độ 90

Hình 3 34 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt vật liệu SPCC 90

Hình 3 35 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng dập vuốt tại các nhiệt độ từ 25 0C đến 4000C 91

Hình 3 36 Xác định chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ 92

Hình 3 37 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với lực lực chặn phôi khác nhau 93 Hình 3 38 Chi tiết dạng cốc trụ khi dập sâu tại nhiệt độ khác nhau 94

Hình 3 39 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ phòng 95

Hình 3 40 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt 1500C 96

Hình 3 41 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc tại nhiệt 2500C 96

Hình 3 42 Đồ thị sai lệch về chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng tại các nhiệt độ 98

Hình 4 1 Hình ảnh chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng với bộ thông số (FBH, Rp, Mt) 105

Hình 4 2 Biểu đồ phân mức các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP 106

Hình 4 3 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP 107

Hình 4 4 Hình ảnh kết quả mô phỏng và thực nghiệm với bộ tham số phù hợp 107

Hình 4 5 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số đến chiều cao tạo hình 109

Hình 4 6 Hình ảnh các mẫu thực nghiệm kiểm chứng mô hình toán phương trình (4.6) 109

Hình 4 7 Đồ thị so sánh chiều cao tạo hình xác định từ hàm hồi quy và thực nghiệm 110

Hình 4 8 Kết quả chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng với bộ thông

số (FBH, Rp, T) 111

Hình 4 9 Kết quả tỷ lệ S/N của từng tham số ảnh hưởng đến HR-MP 112

Hình 4 10 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP 112

Hình 4 11 Kết quả mô phỏng với bộ tham số tối ưu 113

Hình 4 12 Ảnh hưởng của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ 114

Hình 4 13 Hình ảnh các mẫu thực nghiệm kiểm chứng mô hình toán phương trình (4.8) 115

Hình 4 14 Đồ thị so sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm 115

Hình 4 15 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ từ mô phỏng FEA 117

Hình 4 16 Tỷ lệ S / N thay đổi ở các mức khác nhau 118

Hình 4 17 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều dày phân bố tp của 118

Hình 4 18 Chi tiết dạng cốc trụ khi dập sâu với bộ thông số hợp lý 119

Hình 4 19 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với bộ thông số hợp lý 120

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô giữ vai trò quan trọng đối với sự phát triển công nghiệp và thúc đẩy tích cực những ngành có liên quan như: kim loại, điện tử, cơ khí, hóa chất, v.v Điều này góp phần tạo động lực để Việt Nam xây dựng công nghiệp hóa

- hiện đại hóa và phát triển nền kinh tế

Trong công nghệ sản xuất ô tô, các chi tiết khung và vỏ chiếm số lượng lớn, các chi tiết này thường được chế tạo bằng phương pháp dập tấm [1-5] với nhiều loại vật liệu khác nhau Một số doanh nghiệp trong nước sản xuất các chi tiết phụ trợ cho ngành công nghiệp ô tô ví dụ như chi tiết cốc lọc nhiên liệu dùng cho xe ô tô đã được nhiều doanh nghiệp trong nước sản xuất với số lượng lớn, cốc lọc này được làm từ vật liệu tấm SPCC (tiêu chuẩn JIS G3141) Trong quá trình chế tạo chi tiết cốc lọc thường xảy ra các sai hỏng tại nguyên công dập vuốt, sản phẩm bị nhăn và rách [6-11] như Hình 1 Ngoài ra trong dập vuốt, kích thước về chiều cao của sản phẩm không đồng đều [12-13], sản phẩm không đạt được kích thước chính xác do độ đàn hồi ngược [14-15], chiều dày của sản phẩm biến mỏng không đồng đều [16], bề mặt sản phẩm bị cào xước [14]

a) Chi tiết bị nhăn vành b) Chi tiết bị rách

Hình 1 Hiện tượng phế phẩm xảy ra trong dập vuốt cốc lọc nhiên liệu

vật liệu SPCC (tiêu chuẩn JIS-G3141)

Để giảm thiểu những sai hỏng và tăng chất lượng sản phẩm dập, yêu cầu các nhà nghiên cứu phải tìm ra những giải pháp công nghệ mới hỗ trợ cho quá trình dập như: tối

ưu các thông số công nghệ, hình học, vật lý cuả quá trình dập bằng mô phỏng số để dự đoán khả năng tạo hình của sản phẩm trước khi chế tạo Đồng thời trong mô phỏng số,

để dự báo các hiện tượng rách, nứt trên chi tiết dập thì đường cong giới hạn tạo hình FLC [17-20] của vật liệu là dữ liệu đầu vào rất quan trọng

Hiện nay khi dập vuốt các vật liệu có độ cứng cao, việc gia nhiệt để tăng khả năng tạo hình của vật liệu cũng là một giải pháp để nâng cao chất nượng sản phẩm Gia công dập vuốt có hỗ trợ nhiệt là một phương pháp gia công tiên tiến được áp dụng trong các nghiên cứu với những phương pháp gia nhiệt khác nhau sử dụng lò gia nhiệt bằng điện hay khí đốt [21-22], gia nhiệt bằng lò hồng ngoại [14, 22-23], gia nhiệt bằng phương

pháp cảm ứng điện từ [24], gia nhiệt bằng thanh nhiệt điện trở [24-30], gia nhiệt tiếp xúc [14] Bên cạnh đó, các nghiên cứu cơ nhiệt [31-36] được thực hiện để đánh giá quá trình biến dạng dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ

Có rất nhiều các nghiên cứu ở nước ngoài về phương pháp gia nhiệt trong gia công tạo hình vật liệu tấm, đối với các phương pháp gia nhiệt khác nhau và các vật liệu khác nhau Đây là phương pháp gia công được ứng dụng hiệu quả trong nền sản xuất hiện đại với sự phát triển của các loại vật liệu mới Các nghiên cứu tập trung đi sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ, hình học, vật lý, đường cong giới hạn tạo hình (FLC) của vật liệu tấm, quá trình gia nhiệt tới tạo hình của vật liệu tấm thông qua

mô phỏng và thực nghiệm Tuy nhiên việc nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số này đối với vật liệu SPCC [37-38] đến các thông số đầu ra như chiều cao tạo hình khi

chi tiết bắt đầu xuất hiện rách H R và chiều dày phân bố chi tiết cốc trụ t P trong dập vuốt

có hỗ trợ gia nhiệt còn rất hạn chế Đặc biệt là việc tối ưu hóa các tham số cho các chỉ tiêu đánh giá khác nhau cần được nghiên cứu để xây dựng các bộ tham số phù hợp phục

vụ cho quá trình thiết kế, chế tạo bộ khuôn Từ đó ứng dụng vào gia công dập vuốt chi tiết dạng cốc vật liệu SPCC Đây là nhiệm vụ quan trọng, để nâng cao chất lượng, giảm

sai hỏng trong gia công dập vuốt Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông

số công nghệ và nhiệt độ đến biến dạng tạo hình khi dập vuốt chi tiết dạng cốc từ vật liệu SPCC” là hết sức cần thiết đối với sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí nói

chung và công nghiệp gia công tấm nói riêng

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu

- Xây dựng đường cong giới hạn tạo hình (FLC) của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu:

Chi tiết dạng cốc trụ, vật liệu SPCC (tiêu chuẩn JIS-G3141) có kích thước như Hình 2 Chi tiết được dập vuốt tại nhiệt độ phòng và nhiệt độ khác nhau trên máy ép thuỷ lực

Hình 2 Kích thước chi tiết dạng cốc trụ

Thông số đầu ra trong dập vuốt

Chiều cao tạo hình khi chi tiết bắt đầu xuất hiện rách

H R (mm)

Chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ

t P (mm)

3 Phương pháp nghiên cứu

Thực hiện phương pháp lý thuyết kết hợp với mô phỏng, thực nghiệm, so sánh đánh giá giữa mô phỏng và thực nghiệm

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài + Ý nghĩa khoa học

- Khắc phục được những sai hỏng (rách, nhăn, biến mỏng) xảy ra khi dập vuốt chi tiết chi tiết cốc trụ vật liệu SPCC bằng giải pháp gia công có hỗ trợ nhiệt độ;

- Xây dựng đường cong giới hạn tạo hình (FLC) của vật liệu SPCC tại các nhiệt độ khác nhau, đáp ứng độ chính xác cao trong mô phỏng số;

- Xây dựng mô hình toán học để xác định nhiệt độ phôi dập bằng thực nghiệm;

- Phân tích được ảnh hưởng của lực chặn phôi, bán kính cong của chày, mức độ dập

vuốt, nhiệt độ phôi đến chiều cao tạo hình H R và chiều dày phân bố t P của chi tiết dạng cốc;

- Xây dựng các mô hình toán học thể hiện ảnh hưởng của các thông số đầu vào gồm

có lực chặn phôi, bán kính chày, mức độ dập vuốt, nhiệt độ phôi đến chỉ tiêu đánh

giá đầu ra là chiều cao tạo hình H R của chi tiết dạng cốc

+ Ý nghĩa thực tiễn

- Có thể dùng làm tài liệu tham khảo khi tính toán, thiết kế công nghệ dập vuốt có

sử dụng gia nhiệt

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo về cách thức mô tả quá trình dập

chi tiết dạng cốc khi sử dụng mô hình mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn

5 Những đóng góp mới của đề tài

- Đã phân tích và làm rõ hiệu quả của quá trình gia nhiệt đến chiều cao tạo hình khi dập vuốt nói chung và xây dựng được mô hình hệ thống thực nghiệm dập vuốt chi tiết cốc trụ;

- Đã xây dựng được mô hình toán học của nhiệt độ phôi dập theo thời gian, để xác định các mức nhiệt độ tương ứng với các thời điểm nhất định trong thực nghiệm quá trình dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ;

- Đã xây dựng được đường cong giới hạn tạo hình FLC của vật liệu SPCC tại nhiệt

độ phòng dựa trên tiêu chuẩn trở lực tối đa được sửa đổi MMFC; qua đó đề xuất được phương pháp dự đoán đường cong giới hạn tạo hình tại nhiệt độ cao;

- Đã phân tích được ảnh hưởng của các thông số công nghệ, nhiệt độ đến chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt Đồng thời, các bộ tham số công nghệ tối ưu được xây dựng cho các chỉ tiêu đánh giá đầu ra khác nhau;

- Đã xây dựng được mô hình toán học miêu tả ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chiều cao tạo hình của chi tiết cốc trụ vật liệu SPCC khi dập vuốt thông thường và khi dập vuốt có hỗ trợ bởi nhiệt độ dựa trên phương pháp mô phỏng

số và được kiểm chứng bằng thực nghiệm

6 Cấu trúc của nội dung luận án

Các nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong 4 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ dập vuốt có gia nhiệt Chương 2 Cơ sở lý thuyết về phá hủy vật liệu và xây dựng đường cong giới hạn tạo hình của vật liệu SPCC tại các nhiệt độ khác nhau

Chương 3 Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số đến chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt

Chương 4 Xây dựng mô hình toán thể hiện ảnh hưởng của một số thông số đến chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP VUỐT CÓ GIA NHIỆT

1.1 Công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí

Ngày nay, các phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng của vật liệu chiếm một vị trí quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí Chủng loại sản phẩm hết sức phong phú, đa dạng và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế và đời sống xã hội như xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện và điện tử, hoá chất, hàng kim khí gia dụng, quân sự, v.v Bên cạnh những phương pháp mang tính truyền thống chuyên sản xuất bán thành phẩm và tạo phôi như cán, rèn, ép,

đã xuất hiện những phương pháp gia công cho phép chế tạo ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh không cần phải gia công tiếp theo, đặc biệt là những sản phẩm dập tấm

Công nghệ tạo hình kim loại tấm (dập tấm) là một sản phẩm của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết

có hình dạng và kích thước mong muốn Dập tấm được ứng dụng rộng rãi như vậy là do

nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: có thể cơ khí hoá

và tự động hoá cao, năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu, đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên, v.v

Công nghệ dập tấm có những ưu điểm nổi bật như sau:

- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị

- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao;

- Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim như: Tectolit (chất dẻo lớp), hêtinac (nhựa cách điện) và các loại chất dẻo

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là

dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường t < 4 mm) hoặc có thể dập phôi ở trạng

thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn

Tuỳ theo đặc điểm biến dạng, đặc điểm công nghệ, phương pháp tiến hành, v.v…

dập tấm được phân loại như sơ đồ (Hình 1.1)

Hình 1 1 Sơ đồ phân loại trong dập tấm [39]

1.2 Công nghệ dập vuốt và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt

1.2.1 Khái quát về công nghệ dập vuốt

Dập vuốt là một trong những nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thước cần thiết

Các chi tiết được dập vuốt thường có hình dạng rất khác nhau và được chia thành các nhóm như sau:

- Nhóm các chi tiết có hình dạng tròn xoay Ví dụ như: các chi tiết dạng cốc; các loại thiết bị chiếu sáng như vỏ đèn, chụp đèn, v.v (Hình 1.2)

Hình 1 2 Các chi tiết dạng tròn xoay

- Nhóm các chi tiết có hình dạng hình hộp Ví dụ như: các thùng nhiên liệu, các loại vỏ hộp, các thiết bị vỏ bọc trong các thiết bị điện tử, thiết bị đo, v.v…(Hình 1.3)

Hình 1 3 Các chi tiết dạng hộp và dạng cốc

- Nhóm các chi tiết có hình dạng phức tạp có trục đối xứng hoặc không đối xứng Ví

dụ như Hình 1.4: các chi tiết từ khung, vỏ ô tô, các chi tiết của máy kéo, máy bay v.v…

Hình 1 4.Các chi tiết khung, vỏ ô tô được chế tạo bằng công nghệ dập tấm

Các phương pháp dập vuốt được thực hiện qua nhiều nguyên công và được thể hiện như

sơ đồ (hình 1.5)

Hình 1 5 Sơ đồ các nguyên công trong dập vuốt [39]

Theo đặc điểm công nghệ dập vuốt được chia thành hai loại [1]:

- Dập vuốt không biến mỏng thành có đặc điểm là chỉ giảm đường kính của phôi còn chiều dày thành của chi tiết hầu như không đổi Trong trường hợp này khe hở giữa chày và cối của khuôn dập vuốt có trị số bằng hoặc lớn hơn chiều dày phôi: wct

- Dập vuốt có biến mỏng, chiều dày của thành chi tiết sẽ bị giảm đi so với chiều dày của phôi ban đầu và đường kính của phôi cũng sẽ giảm đi một chút nhưng không đáng kể Khi dập vuốt có biến mỏng, khe hở giữa chày và cối có trị số nhỏ hơn chiều dày phôi: wC t

Theo phương pháp dập: Dập vuốt được chia ra làm hai loại đó là dập vuốt không

có hệ thống chặn phôi và dập vuốt có sử dụng hệ thống chặn phôi [2] Trong quá trình dập vuốt không biến mỏng, phần mép vành của phôi có thể không kéo hết vào trong cối đồng thời xuất hiện các ứng suất kéo và ứng suất nén Thành phần ứng suất nén sẽ tác động theo hướng tiếp tuyến (hướng vòng), vì vậy với một tỷ số giữa của đường kính chi tiết dập vuốt và đường kính phôi nhất định có thể gây ra hiện tượng nhăn ở phần vành (hiện tượng mất ổn định ở phần vành) Điều đó sẽ dẫn đến việc kéo các sóng nhăn này vào trong khe hở giữa chày và cối với ứng suất kéo rất lớn gây ra phế phẩm hàng loạt do bị đứt đáy hoặc bị rách Để ngăn ngừa sự tạo nếp nhăn, trong các khuôn dập vuốt người ta thường sử dụng tấm chặn vật liệu, tấm chặn này

có tác dụng ép phần vành của phôi vào bề mặt cối, chống lại sự tạo nếp nhăn của vành phôi Do vậy, trong quá trình dập vuốt không biến mỏng người ta còn chia làm hai dạng: dập vuốt có chặn phôi và không có chặn phôi

Dập vuốt được tiến hành trong các khuôn chuyên dùng bao gồm các bộ phận làm việc như: Cối có mép làm việc được bo cung, chày dập vuốt và tấm chặn vật liệu

Khi dập vuốt các chi tiết có chiều dày tương đối của phôi S/D lớn thì có thể không cần chặn vật liệu Trong dập vuốt có các kiểu khuôn dập như dập vuốt xuôi sơ đồ Hình 1.6 có cối cố định, chày và tấm chặn phôi di chuyển theo phương thẳng đứng,

sơ đồ dập vuốt Hình 1.7 có chày cố định, cối và chặn phôi di chuyển theo phương thẳng đứng Còn như trong Hình 1.8 là sơ đồ dập vuốt ngược, mặt ngoài của phôi được kéo vào cùng phía với chày, mặt trong của phôi lộn ra ngoài Phương pháp này tăng mức độ biến dạng sau một lần dập

Từ những nghiên cứu về khuôn dập vuốt, đề tài lựa chọn mô hình dập vuốt như

sơ đồ Hình 1.7 Từ đó thiết kế và gia công bộ khuôn phù hợp với định hướng nghiên cứu

Hình 1 6 Sơ đồ dập vuốt xuôi với cối cố định

Hình 1 7 Sơ đồ dập vuốt xuôi với chày cố định

Hình 1 8 Sơ đồ quá trình dập vuốt ngược trên máy ép thủy lực

song động có đẩy dưới [2]

Nguyên công dập vuốt thực hiện phổ biến trên các loại thiết bị [40-41] như máy

ép 2 trục khuỷu (tác động kép), máy song động (mô hình 1.9a) hoặc máy tam động và máy ép dập sâu có cơ cấu thực hiện được hành trình lớn Có nhiều dấu hiệu để phân loại máy ép trục khuỷu Tuy nhiên, cách phân loại theo công nghệ được sử dụng phổ biến

Theo cách này có hai nhóm máy ép: máy ép dập tấm và máy ép dập khối Máy ép trục khuỷu dập tấm thường là máy vạn năng có không gian dập và số hành trình tương đối lớn Máy ép thủy lực tùy vào yêu cầu công nghệ mà có nhiều dạng khác nhau Ngày nay, do yêu cầu về năng suất, hành trình của máy lớn nên để tiết kiệm thời gian người

ta thiết kế các máy ép có tốc độ làm việc trong 1 chu trình là khác nhau như chế độ không tải, chế độ xuống nhanh, chế độ ép, chế độ lên nhanh của đầu trượt Chính vì vậy trong nghiên cứu này đã sử dụng máy ép thủy lực phục vụ thực nghiệm dập vuốt chi tiết dạng cốc như mô hình 1.9b

Hình 1 9 Các thiết bị chính sử dụng để dập vuốt a) Mô hình máy ép trục khuỷu song động; b) Mô hình máy ép thủy lực song động

1.2.2 Xác định các thông số của quá trình dập vuốt

1.2.2.1 Thông số hình học của khuôn

Để thiết kế khuôn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ có vành, các thông số hình học

như trong Hình 1.10 Trong đó: R d là bán kính lượn của cối, R p là bán kính cong của

chày, t là chiều dày phôi và W c là khe hở giữa chày và cối

Hình 1 10 Các thông số hình học cơ bản của khuôn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ có

vành

a) Bán bính lượn của cối R d và bán kính cong của chày R P Bán kính lượn của cối R d có thể thay đổi với nhiều kích thước khác nhau Tuy nhiên, bán kính cong của cối quá lớn thì thường tăng xu hướng nhăn, gấp của vật liệu, còn khi bán kính lượn của cối quá nhỏ sẽ làm tăng ma sát với phôi khi dập vuốt và thường sẽ không đạt được kích thước tạo hình như mong muốn Bán kính cong của chày

R P xác định dựa trên chiều cao tạo hình chi tiết, mức độ dập và vật liệu dập vuốt Các kích thước cơ bản được đề xuất cho bán kính lượn của cối và bán kính cong của chày như trong Bảng 1.1:

Bảng 1 1 Các tham số trích dẫn [42-43]

Bán kính lượn của cối (R d) R d = −(6 10)t Đối với lần dập đầu tiên Bán kính lượn của cối (R d) Rd = − (6 8) t Đối với các lần dập tiếp theo Bán kính cong của chày (R p) R p = −(3 4)t Đối với 6,3mmd p 100mm

Nếu khe hở giữa chày và cối quá rộng, vật liệu sẽ không tiếp xúc đồng thời với cả hai bộ phận của khuôn, vì vậy khi dập vuốt thường xảy ra hiện tượng nhăn trên chi tiết

Khe hở giữa chày và cối nhỏ, khi dập vuốt xuất hiện nén vật liệu và gây biến mỏng trên chi tiết

Khe hở giữa chày và cối được tính toán dựa trên chiều dày lớn nhất tK của phần vành tại ổ biến dạng như công thức dưới đây [39]:

Đối với kim loại đẳng hướng, hệ số dị hướng R * =1 Khe hở W C giữa chày và cối của

khuôn dập vuốt có thể tính gần đúng W C = t K Giá trị chính xác hơn của khe hở W C được xác định theo bảng trong sổ tay dập nguội

1.2.2.2 Đường kính của phôi tấm ban đầu D 0

Khi dập vuốt không biến mỏng, chúng ta có thể coi rằng: diện tích bề mặt của chi tiết đã được dập vuốt cân bằng với diện tích bề mặt của phôi:

F chi tiết = F phôi

Đối với các chi tiết có dạng tròn xoay thì phôi đương nhiên có dạng hình tròn, vì vậy điều kiện cân bằng diện tích bề mặt giữa phôi và chi tiết khi chiều dày phôi không đổi có dạng sau:

Hình 1 11 Sơ đồ phân chia bề mặt chi tiết thành các phần tử hình học đơn giản

d

D M d

= với một lần dập (1.9)

0 1 1

d

D M

d

= cho lần dập đầu tiên (1.10)

1 2 2

d

d M

d

= cho lần dập thứ hai (1.11)

1

n dn n

d M

d

−

= cho lần dập thứ n (1.12) Trong đó: d1là đường kính của phôi sau lần dập đầu tiên; d2 là đường kính của

phôi sâu lần dập thứ hai; d nlà đường kính của phôi cho các lần dập thứ n

Tổng số lần dập vuốt Mt được tính bằng tỷ lệ giữa đường kính của phôi ban đầu với đường kính cuối cùng của quá trình dập vuốt và được hiển thị như công thức sau:

= 0

t n

D M

1.2.2.4 Chiều cao của chi tiết dạng cốc trụ

Có thể đạt được chiều cao tối đa từ kích thước của phôi ban đầu để tính gần đúng

Trong đó bán kính cong của chày dập vuốt và chiều dày của cốc dập bằng chiều dày của phôi Dưới đây là chiều cao của chi tiết dạng cốc cho trạng thái biến dạng đầu tiên [43]

2 2 04

( 2 2)

t4

n n

Thông số vật lý và công nghệ được sử dụng trong dập vuốt gồm: Lực dập vuốt ( )F t

; lực chặn phôi ( )F BH ; Tốc độ của dụng cụ gây biến dạng (V P ); Hệ số ma sát giữa chày

và phôi ( )µ p ; hệ số ma sát giữa tấm chặn phôi và phôi ( )µ h ; hệ số ma sát giữa cối và phôi ( )µ d Hình 1.13 cho thấy các thông số công nghệ và vật lý của quá trình dập vuốt chi tiết dạng cốc

Hình 1 13 Các khu vực ma sát khi dập vuốt chi tiết dạng cốc [42, 44-45]

Trong đó ( )A khu vực ma sát giữa phôi, tấm chặn phôi và cối ; ( )B khu vực ma sát giữa phôi và bán kính lượn của cối;( )C khu vực ma sát giữa phôi và chày

a) Ma sát trong khi dập vuốt chi tiết dạng cốc

Trong quá trình dập vuốt, lực ma sát [46] vừa có lợi, vừa có hại đến khả năng tạo hình của bán thành phẩm Khi dập vuốt trong khuôn cứng, lực ma sát ngoài giữa cối, tấm chặn phôi với phôi có tác dụng xấu, trong khi lực ma sát ngoài giữa chày và phôi lại có tác dụng thúc đẩy quá trình tạo hình Để tăng khả năng tạo hình cho đa số quy

trình công nghệ dập tấm đến mức cao nhất, phải tìm kiếm những phương thức để tăng (khi cần) hoặc hạn chế ảnh hưởng của ma sát ngoài

Để giảm ma sát ngoài, cách hiệu quả nhất trong dập tấm là sử dụng các chất bôi trơn khác nhau như chất khí, lỏng hay dẻo – nhớt làm môi trường, cũng có khi dùng huyền phù hỗn hợp gồm các phần tử rắn có độ phân tán cao ở dạng bột pha trong chất lỏng và các môi trường dẻo –nhớt khác Trong nghiên cứu này, dầu công nghiệp được dùng trong thực nghiệm dập vuốt chi tiết dạng cốc Các hệ số ma sát trong khi dập vuốt sử dụng trong mô phỏng số được tham khảo theo các nghiên cứu [42, 47-48] với ma sát giữa chày và phôi là µ = p 0, 25; hệ số ma sát giữa tấm chặn phôi và phôi µ = h 0,15;

hệ số ma sát giữa cối và phôi µ = d 0,15

b) Thông số về lực chặn phôi F BH

Lực chặn phôi cần phải đảm bảo thỏa mãn hai điều kiện: một là trị số của nó không quá lớn để có thể gây đứt đáy khi dập vuốt, hai là không quá nhỏ để xảy ra hiện tượng nhăn Các hiện tượng này được giải thích như sau:

Quá trình dập vuốt là quá trình chày kéo chảy phôi vào trong lòng cối Nghiên cứu

quá trình biến dạng khi dập vuốt một sản phẩm hình trụ có đường kính ngoài là d và chiều cao là h được trình bày như Hình 1.14

Hình 1 14 Hình trụ rỗng khai triển và các tam giác xen kẽ [2]

Giả sử dùng một tấm vật liệu tròn có đường kính D’=d+2h, đem cắt đi các phần

tam giác gạch chéo như Hình 1.14, rồi uốn các cạnh dựng lên, ta sẽ được một hình trụ

có đường kính đáy là d và chiều cao là h Nhưng, thực tế trong quá trình dập vuốt, không

có phần kim loại được cắt bỏ đi Điều đó chứng tỏ trong quá trình biến dạng, phần vật

liệu trên hình vành khăn (D’-d) đã biến thành hình trụ trên khoảng chiều cao là h 1 lớn

hơn chiều cao hình vành khăn là h Phần tam giác sẽ bị dồn ra phía ngoài khi dập vuốt

và kéo dọc theo chiều cao của hình trụ rỗng, giữa khe hở của chày và cối Phần thể tích của những tam giác đó là nguyên nhân tạo thành nếp nhăn Để ngăn ngừa sự tạo thành nếp nhăn, người ta dùng tấm chặn vành phôi Chính vì vậy việc xác định lực chặn phôi trong quá trình dập vuốt là rất quan trọng

Lực chặn phôi có thể được xác định một cách gần đúng bằng tích số của áp lực chặn

riêng trung bình q với diện tích phần vành chi tiết: F v nằm dưới tấm chặn ở thời điểm bắt đầu dập vuốt [39]:

(1.17) Khi dập vuốt chi tiết dạng cốc từ phôi phẳng, lực chặn có thể xác định theo công thức:

Trong đó: n- thứ tự nguyên công dập vuốt; d n-1 và d n – đường kính của phôi trước

và sau khi dập vuốt; D 0 - đường kính phôi dập; d P – đường kính chày dập vuốt; R d- bán

kính cối dập vuốt; q- áp lực chặn riêng trung bình; F v- diện tích phần vành chi tiết nằm dưới tấm chặn

Áp lực chặn riêng q phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ học của vật liệu, chiều

dày của phôi và mức độ biến dạng:

Nếu mức độ biến dạng càng lớn thì khoảng thay đổi của lực chặn F BH càng nhỏ như

Hình 1.16 Chỉ khi dập vuốt với mức độ biến dạng trong giới hạn cho phép thì lực chặn

F = q F

F BH có thể là một số xác định Trong quá trình dập vuốt, lực chặn cần phải đảm bảo sao

cho phôi không bị nhăn và thay đổi cùng với sự giảm dần chiều rộng của phần vành, nó phụ thuộc vào mức độ biến dạng tổng cộng, chiều dày và đặc tính cơ học của vật liệu

F BH-min < F BH < F BH-max

Hình 1 16 Vùng làm việc của lực chặn phôi trong dập vuốt

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt

Khi nghiên cứu sự sai hỏng sản phẩm dập tấm có thể dễ dàng nhận thấy các dạng

Rách

Hình 1 18 Sản phẩm dập bị nhăn vành [7]

Hiện tượng rách ( Hình 1.17) trên chi tiết dập xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân

mà trong dó chủ yếu là do mức độ biến dạng vượt quá mức độ biến dạng tới hạn, lực chặn phôi quá lớn, bán kính lượn của cối không hợp lý Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn cần lựa chọn hệ số dập phù hợp hay chia thành các nhiều nguyên công trung gian Bán kính lượn của cối cũng hoàn toàn có thể điều chỉnh được, thay đổi góc lượn phù hợp hơn Nhưng lực chặn phôi là một thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu điều chỉnh lực chặn phôi không đủ thì phôi lại có hiện tượng nhăn trên phần vành như Hình 1.18

❖ Chiều cao sản phẩm không đồng đều Hiện tượng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều như Hình 1.19 rất hay xảy ra do vật liệu tấm bất đẳng hướng và đẳng hướng Trong quá trình biến dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo dài, do đó tạo thành cấu trúc dạng chuỗi được xác định trước bởi tính dị hướng khác nhau là không giống nhau, có thể làm cho phôi theo hướng này dễ dàng bị kéo dài ra, còn theo hướng khác lại khó biến dạng

Khi xuất hiện sự biến dạng không đồng đều này thì sản phẩm cần thêm một nguyên công

cắt mép một lượng H Khi tính toán phôi dập cần thêm vào kích thước theo các phương

một lượng dư hợp lý Nhưng điều sẽ làm cho bề mặt tiếp xúc giữa phôi và mặt vành cối thay đổi, hệ số dập vuốt thay đổi và làm cho lực chặn cũng thay đổi theo

Hình 1 19 Chiều cao sản phẩm không đồng đều

Nhăn

Vành cốc không đều

Để giảm ảnh hưởng của tính dị hướng kim loại đến sự không đồng đều chiều cao chi tiết khi dập vuốt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức tạp, người ta còn sử dụng cối với mép lượn có độ cong thay đổi (dọc theo đường bao của lỗ cối) hoặc nung nóng không đều phần vành phôi hoặc thay đổi áp lực chặn theo đường bao cối

❖ Bề mặt bị cào xước Hiện tượng sản phẩm bị cào xước như Hình 1.20 là do ma sát giữa bề mặt phôi và phần vành chặn, góc lượn của cối quá lớn, cũng có thể do lực chặn trên vành phôi lớn

Hiện tượng này không những làm giảm chất lượng của sản phẩm dập mà còn gây ra phế phẩm nếu dập những vật liệu tấm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề mặt Khi đó các lớp phủ trên bề mặt sẽ bị cào xước và phá huỷ Để giảm hiện tượng này cần giảm ma sát bằng cách bôi trơn hoặc có thể sử dụng lực chặn phôi hợp lý

Hình 1 20 Bề mặt cốc trụ bị cào xước sau khi dập [14]

❖ Sản phẩm không đạt được kích thước chính xác do độ đàn hồi ngược Một trong những hiện tượng thường xuyên xảy ra đối với các quá trình uốn tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là đàn hồi lại như Hình 1.21

Hiện tượng này có nghĩa là sau khi biến dạng phôi bị đàn hồi lại và làm cho các góc bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu Để giảm hiện tượng đàn hồi ngược, có thể tính toán góc thực tế nhỏ hơn, làm cho vật liệu phôi vừa bị biến dạng kéo theo phương này và biến dạng nén ngay theo phương ngược lại

Hình 1 21 Sản phẩm không đạt được kích thước chính xác do hiện tượng đàn hồi

ngược [14]

Đàn hồi ngược

Cào xước bề mặt

❖ Chiều dày của sản phẩm biến mỏng không đồng đều

1.3 Các phương pháp gia nhiệt trong dập vuốt

Để gia công tạo hình các vật liệu tấm có độ cứng cao thì các nghiên cứu về công nghệ dập tấm thường sử dụng phương pháp gia công có hỗ trợ bởi nhiệt độ như làm nóng bằng dòng điện, hồ quang, cảm ứng từ cao tần, chùm laze, hồng ngoại, chùm electron và tia plasma Tuy nhiên, tất cả các công nghệ này chỉ phù hợp cho một số phương pháp gia công chứ không phải là tất cả Trong các nghiên cứu dưới đây, mô hình gia nhiệt trong dập vuốt thường áp dụng dưới hai dạng là gia nhiệt trên phôi dập vuốt và gia nhiệt trên khuôn dập vuốt

1.3.1 Các mô hình gia nhiệt trên phôi dập vuốt

❖ Lò gia nhiệt thông thường (lò điện, lò khí đốt)

Lò gia nhiệt con lăn được thể hiện theo sơ đồ Hình 1.23 (a) thường được sử dụng trong dập nóng để làm nóng liên tục các tấm thép So với lò nhiệt chùm, lò nhiệt con lăn

có những ưu điểm là hệ thống nhiệt đồng đều và xử lý phôi dễ dàng Hệ thống nung bị ảnh hưởng bởi quá trình đốt gas và điện Quá trình oxy hóa của các tấm không phủ được ngăn chặn bởi nồng độ oxy thấp trong quá trình đốt cháy khí Để gia nhiệt tuần tự các tấm được sử dụng để dập nóng, lò gia nhiệt cần phải có kích thước khá lớn Hơn nữa, chiều dài của các lò này tăng lên khi tăng năng suất của các quá trình dập nóng Tuy nhiên, việc thu hẹp các lò gia nhiệt là cần thiết khi sử dụng công nghiệp Số lượng tấm được gia nhiệt trong một quy trình trong lò nung hai tầng có thể tăng gấp đôi Lò nhiều buồng với nhiều buồng sưởi theo tầng (Hình 1.23 (b)) thường được lựa chọn vì có thiết

kế nhỏ gọn, nhưng thời gian chuyển đến vị trí khuôn dập mất nhiều thời gian Hình 1.24

Biến mỏng thành

Hình 1 23 (a) Lò nung con lăn được sử dụng chủ yếu trong dập nóng [21] và (b) lò

nhiều buồng, nhiều tầng nhỏ gọn để dập nóng

- Phôi được gia nhiệt bằng lò điện và được di chuyển đến khuôn dập

Hình 1 24 Phôi được gia nhiệt bằng lò nung [21]

❖ Lò nung hồng ngoại

Tia hồng ngoại là sóng điện từ màu đỏ có bước sóng dài hơn ánh sáng Các tia cận hồng ngoại có bước sóng ngắn khoảng 0.7 2.5 m  và được sử dụng cho các camera hồng ngoại, liên lạc hồng ngoại, điều khiển từ xa và các hàng hóa điện tử khác Các tia hồng ngoại có bước sóng dài khoảng4 1000 m  Trong gia nhiệt bằng hồng ngoại, các tấm thép được làm nóng bằng bức xạ Quá trình gia nhiệt hồng ngoại nhanh chóng, sạch sẽ và nhỏ gọn Các tấm được làm nóng từ bên trong cũng như trên

bề mặt Hiệu suất chuyển đổi cho hệ thống sưởi gần hồng ngoại cao (khoảng 90%)

Lee và cộng sự [22] đã giảm hiện tượng đàn hồi ngược trong uốn cong của các tấm thép cường độ cao sử dụng hệ thống gia nhiệt cận hồng ngoại (Hình 1.25) và mô tả của cận gia nhiệt hồng ngoại [23]

Hình 1 25 (a) Thiết bị nung hồng ngoại (b) Tấm uốn cong với nhiệt độ nung khác

nhau [22]