Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh

Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Trọng Giảng - Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi có thể thực hiện Luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí và Bộ môn gia công áp lực đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình tôi làm Luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Nghệ và PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

đã tận tình hướng dẫn tôi về chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành Luận án Tôi xin cảm ơn Phòng Đo lường, Viện Tên Lửa đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho phép

sử dụng các cảm biến đo các thông số công nghệ phục vụ thu thập và xử lý tín hiệu trong thực nghiệm

Tôi xin cảm ơn Công ty TNHH FC Hòa lạc đã tạo điều kiện giúp đỡ đo các thông số hình học của sản phẩm sau khi thực nghiệm

Tôi xin cảm ơn Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp IMI – Bộ Công Thương đã giúp

đỡ cho phép tôi sử dụng nguồn chất lỏng cao áp phục vụ thí nghiệm

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy phản biện, các Thầy trong hội đồng chấm luận án đã bớt chút thời gian đọc và góp những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh Luận án và định hướng nghiên cứu trong trương lai

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này

Nghiên cứu sinh

Lê Trung Kiên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

i Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

ii Phương pháp nghiên cứu 2

iii Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

iv Các đóng góp mới của luận án 3

v Các nội dung chính trong luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 4

1.1 Những nét cơ bản tạo hình kim loại bằng công nghệ dập thủy tĩnh 4

1.1.1 Ưu điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp 6

1.1.2 Nhược điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp 8

1.2 Các phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp 8

1.2.1 Dập thủy cơ 8

1.2.2 Dập thủy tĩnh phôi ống 9

1.2.3 Dập thủy tĩnh phôi tấm: 12

1.3 Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm 17

1.3.1 Trên thế giới 17

1.3.2 Trong nước: 27

Kết luận chương 1: 28

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH 30

2.1 Trạng thái ứng suất,biến dạng trong dập thủy tĩnh 30

2.2 Áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình, lực dập, lực chặn trong dập thủy tĩnh 32

2.2.1 Áp suất chất lỏng cần thiết P0 32

2.2.2 Lực dập 34

2.2.3 Lực chặn 34

2.2.4 Miền làm việc của thông số công nghệ chính khi dập thủy tĩnh chi tiết tấm 35 Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 36

3.1 Vật liệu và mô hình vật liệu sử dụng dập thủy tĩnh 36

3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 36

3.1.2 Xác định cơ tính của vật liệu thí nghiệm 36

3.2 Mô phỏng số và phần mềm mô phỏng số trong gia công áp lực 37

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới quá trình DTT bằng mô phỏng số 39

3.3.1 Thiết lập bài toán mô phỏng 39

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ 44

3.3.2.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến áp suất chất lỏng tạo hình lòng cối P0 44

3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều cao tương đối X1 đến áp suất chất lỏng cần thiết tạo hình trong lòng cối 50

3.4 Mối quan hệ của độ biến mỏng  với áp suất tạo hình P0, lực chặn Q 54

Kết luận chương 3 55

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 56

4.1 Yêu cầu và các thành phần của hệ thống thiết bị thực nghiệm 56

4.2 Tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh 57

4.2.1 Hệ thống cấp chất lỏng cao áp 58

4.2.2 Khuôn thí nghiệm 59

4.2.3 Hệ thống thu thập và xử lý tín hiệu 61

4.2.4 Hệ thống đối áp cho khuôn thí nghiệm 64

4.2.5 Máy ép thủy lực 66

4.2.6 Một vài hình ảnh gia công lắp ráp hệ thống thí nghiệm 67

4.2.7 Kết quả thử nghiệm và đánh giá độ tin cậy của hệ thống 69

Kết luận chương 4 71

CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 72

5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp không có đối áp 72

5.1.1 Ảnh hưởng của lực chặn 73

5.1.2 Quan hệ của chiều cao tương đối với áp suất cần thiết trong lòng cối 75

5.1.3 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp không đối áp 79

5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp có đối áp 84

5.2.1 Ảnh hưởng của đối áp 84

5.2.2 Ảnh hưởng của lực chặn trong trường hợp có đối áp 86

5.2.3 Quan hệ chiều cao tương đối sản phẩm và áp suất trong lòng cối trong trường hợp có đối áp 89

5.2.4 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp có đối áp 91

5.3 Khảo sát độ biến mỏng chiều dày sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh 95

5.3.1 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi không đối áp 96

5.3.2 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi có đối áp 99

Kết luận chương 5 103

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 104

Kết luận chung 104

Những vấn đề cần được nghiên cứu tiếp 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 112

PHỤ LỤC 113

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

R0 Thông số dị hướng Lankford theo phương cán

R45 Thông số dị hướng Lankford theo phương 450 so với phương cán

R90 Thông số dị hướng Lankford theo phương vuông góc phương cán

R Thông số dị hướng Lankford trung bình

z Mức độ biến dạng tương đối hướng trục

 Mức độ biến dạng tương đối hướng tiếp

 Mức độ biến dạng tương đối hướng kính

0 Mức độ biến dạng tương đối thời điểm vật liệu chuyển từ trạng

thái đàn hồi sang trạng thái dẻo

p Mức độ biến dạng dẻo logarit

μ Hệ số ma sát

FLC Forming Limit Curve – Đường cong biến dạng tới hạn

FLD Forming Limit Diagram - Giản đồ biến dạng tới hạn

PTHH Phần tử hữu hạn

Л70 Đồng Latông A70 (tiêu chuẩn ΓOCT)

CDA260 Đồng Latông A70 (TCVN 1659-75)

DTT Dập thủy tĩnh

CLCA Chất lỏng cao áp

Bảng 3.3 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X 1 = 0.5 44

Bảng 3.4 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X 1 = 0.1 46

Bảng 3.5 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X 1 = 0.2 47

Bảng 3.6 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X 1 = 0.3 48

Bảng 3.7 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X 1 = 0.4 49 Bảng 3.8 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 49 kN 50 Bảng 3.9 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 53 kN 50 Bảng 3.10 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 57 kN 51 Bảng 3.11 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 61 kN 51

Bảng 3.12 Giá trị áp suất tạo hình cần thiết phụ thuộc vào chiều cao tương đối X 1 52 Bảng 3.13 Trạng thái ứng suất và biến dạng của sản phẩm qua các trường hợp

mức độ biến dạng khác nhau

53 Bảng 3.14 Độ biến mỏng chi tiết phụ thuộc vào lực chặn Q 54 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp độ biến mỏng, biến dầy lớn nhất khi mô phỏng chi tiết

cầu D50

55

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật xi lanh khí nén đường kính 50 mm 66 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật máy ép thủy lực 125 tấn 67 Bảng 4.4 Bảng giá trị thử nghiệm mối quan hệ chiều cao tương đối – áp suất xi

lanh chặn – Áp suất lòng cối

70

Bảng 5.1 Thành phần hóa học và cơ tính đồng CDA260 72 Bảng 5.2 Giá trị lực chặn ứng với các sản phẩm đạt chất lượng 75 Bảng 5.3 Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối 78 Bảng 5.4 Giá trị lực đối áp với các sản phẩm đạt chiều cao tương đối X1 86 Bảng 5.5 Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng trường hợp đối áp

Bảng 5.7 Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn

Q trong trường hợp không có đối áp

97

Bảng 5.8 Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn

Q trong trường hợp có đối áp

100

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang Hình 1.1 Phân loại các dạng tạo hình bằng chất lỏng cao áp 4 Hình 1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp 5

Hình 1.6 Ưu điểm của phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp 6 Hình 1.7 So sánh ứng suất giữa dập vuốt truyền thống và dập chất lỏng cao áp 7 Hình 1.8 Ống tạo hình bằng chất lỏng cao áp được áp dụng trên khung ô tô 7

Hình 1.11 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống 10

Hình 1.12 Phôi được cắt và uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm 10

Hình 1.14 Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm 11 Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ và dạng sản phẩm ống nối, ống dẫn 11

Hình 1.19 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm 13

Hình 1.22 Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm 14 Hình 1.23 So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống 14

Hình 1.25 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền thống 15 Hình 1.26 Nguyên lý dập thủy tĩnh cặp phôi tấm kết hợp dập vuốt truyền thống 15 Hình 1.27 Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe) 16 Hình 1.28 Các chi tiết có dạng không gian rỗng trong xe ô tô 16 Hình 1.29 Sản phẩm lệch vành khi dập thủy tĩnh do sự chảy không ổn định 16

Hình 1.31 Tỉ lệ công bố khoa học theo khu vực và theo năm công bố 18

Hình 1.32 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm 19

Hình 1.36 So sánh biến mỏng khi thực nghiệm có cối di chuyển và không cối di chuyển 20

Hình 1.38 Sơ đồ kết nối các phần tử đo và thu thập dữ liệu đo 21 Hình 1.39 Các thông số ảnh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo hình 21 Hình 1.40 Sơ đồ thí nghiệm sự chảy của vật liệu phụ thuộc vào các thông số công nghệ 22 Hình 1.41 Các dạng hỏng và ảnh hưởng chiều sâu dập vuốt của vật liệu FeP04 22 Hình 1.42 Miền làm việc của lực chặn tương đương với áp suất cần thiết tạo hình 22 Hình 1.43 Đồ thị tra lực chặn cần thiết khi biết áp suất chất lỏng lớn nhất trong lòng cối 23

Hình 1.45 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình trụ chiều cao 25 và 30 mm 23 Hình 1.46 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình hộp tại các điểm trên chi tiết 24 Hình 1.47 Quan hệ biến mỏng và ma sát giữa phôi và vành chặn khi thực nghiệm thép

không gỉ

24

Hình 1.48 Đánh giá hệ số ma sát tối ưu chi tiết đường kính 90mm dày 0.5 mm vật liệu

AISI 304

25

Hình 1.49 Đường quan hệ lực – biến dạng khi kéo thử mẫu 26 Hình 1.50 Ứng suất và giới hạn rách sản phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm 26

Hình 1.52 Giá trị biến dạng tới hạn với chi tiết hình trụ và hình hộp dùng vẽ đường

cong tới hạn

26 Hình 1.53 Kết cấu bề mặt cối khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối 27

Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thông thường 30 Hình 2.2 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy cơ 30 Hình 2.3 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy tĩnh 31 Hình 2.4 Phần phôi ép vào thành (chiều cao h) khi đi qua bán kính góc lượn cối 31 Hình 2.5 Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng vùng tự do trong cối thủy tĩnh khi có

đối áp bằng chất lỏng

32

Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên phôi phẳng khi DTT phần vành phôi 32

Hình 2.8 Sơ đồ xác định độ biến dạng tiếp tuyến trung bình và thông số vùng lõm

chỏm cầu

34

Hình 2.9 Miền làm việc và quan hệ các thông số tạo hình khi DTT 35

Hình 3.3 Thí nghiệm kéo mẫu trên máy kéo nén MTS-809 Axial / Torsinal Test

System,hệ thống đo lực / biến dạng

37 Hình 3.4 Đồ thị quan hệ ứng suất- biến dạng của vật liệu khi kéo theo các hướng

0o,45o,và 90o so với hướng cán

37

Hình 3.7 Mô hình chia lưới mô phỏng dập thủy tĩnh chỏm cầu 40

Hình 3.9 Hộp thoại định nghĩa phôi cho quá trình tạo hình 42 Hình 3.10 Định nghĩa các thông số chính và đường cong chảy cho vật liệu 42

Hình 3.12 Định nghĩa các chi tiết chính của bài toán DTT 43 Hình 3.13 Định nghĩa điều kiện tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công 43 Hình 3.14 Định nghĩa vị trí dụng cụ tạo hình ( chày,cối và chặn) 43

Hình 3.20 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình và lực chặn khi X1= 0.5 46 Hình 3.21 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1 = 0.1 46

Hình 3.23 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.2 47 Hình 3.24 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 10 mm 47 Hình 3.25 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.3 48 Hình 3.26 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 15 mm 48 Hình 3.27 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.4 49 Hình 3.28 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 20 mm 49

Hình 3.29 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn

Hình 4.7 Bản vẽ và chi tiết cối thủy tĩnh tương ứng bán kính góc lượn cối 1, 2, 3 mm 60

Hình 4.12 Sơ đồ ghép nối card thu thập số liệu với hệ thống 62

Hình 4.14 Hệ thống đo hành trình lắp ráp trên khuôn thí nghiệm 63 Hình 4.15 Chương trình đo và lưu các thông số áp suất - hành trình 63 Hình 4.16 Chương trình đọc kết quả thông số áp suất - hành trình 64 Hình 4.17 Ma sát cản trở kéo phôi vào cối dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh 64 Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý phát triển quá trình dập vuốt phôi phẳng có sự chuyển dịch

mặt bích, bằng chày chất lỏng và chất khí trong cối cứng

Hình 4.23 Hệ thống điều khiển áp suất lắp vào máy ép thuỷ lực 125 tấn 67

Hình 4.26 Hệ thống khuôn dập thủy tĩnh vật liệu tấm sau khi lắp hoàn chỉnh 68

Hình 4.28 Quá trình thí nghiệm với phôi đồng CDA260 và sản phẩm dập thử 69 Hình 4.29 Sản phẩm dập thử với chiều cao và áp suất xi lanh chặn khác nhau 70

Hình 5.9 Sản phẩm chiều cao Hi = 25 mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu D01) 78

Hình 5.10 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X 1 khi Q = 49 kN 79

Hình 5.11 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X 1 khi Q = 53 kN 79

Hình 5.12 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X 1 khi Q = 57 kN 80

Hình 5.13 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X 1 khi Q = 61 kN 80

Hình 5.14 Đồ thị so sánh quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X 1 các trường hợp lực

chặn Q = 49 ÷ 61 kN khi thực nghiệm và mô phỏng số

80

Hình 5.15 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.1 81 Hình 5.16 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.2 81 Hình 5.17 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.3 81 Hình 5.18 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.4 81 Hình 5.19 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.5 81 Hình 5.20 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q theo X1 = 0.1 ÷ 0.5

(so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng)

Hình 5.25 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45kN, lực đối áp N = 0.4 kN 86 Hình 5.26 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49kN, lực đối áp N = 0.4 kN 87 Hình 5.27 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 84 kN, lực đối áp N = 0.4 kN (đồ thị ứng với

chi tiết E91)

88 Hình 5.28 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 87 kN, lực đối áp N = 0.4 kN 88 Hình 5.29 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 49 kN 91 Hình 5.30 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 53 kN 91 Hình 5.31 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 57 kN 91 Hình 5.32 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 61 kN 91 Hình 5.33 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 65 kN 92 Hình 5.34 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 68 kN 92 Hình 5.35 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 72 kN 92 Hình 5.36 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 76 kN 92 Hình 5.37 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 80 kN 92 Hình 5.38 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.1 93 Hình 5.39 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.2 93 Hình 5.40 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.3 93 Hình 5.41 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.4 94 Hình 5.42 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.5 94 Hình 5.43 Đồ thị áp lực lòng cối theo X1 và lực chặn khi có đối áp N = 0.4 kN 95 Hình 5.44 Sơ đồ điểm đo biến mỏng chi tiết chỏm cầu dập bằng công nghệ DTT 96 Hình 5.45 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm

Hình 5.47 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 1 trên chi tiết tương ứng với lực chặn

Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 98 Hình 5.48 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 2 trên chi tiết tương ứng với lực chặn

Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 98 Hình 5.49 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 3 trên chi tiết tương ứng với lực chặn

Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 98

Hình 5.50 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 4 trên chi tiết tương ứng với lực chặn

Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN

98

Hình 5.51 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 5 trên chi tiết tương ứng với lực chặn

Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 99 Hình 5.52 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trong tiến trình phát triển và ngày càng hội nhập sâu rộng vào kinh tế thế giới, nhiều ngành công nghiệp đang được đầu tư lớn, trong đó có ngành cơ khí chế tạo, ngành than, điện lực, xi măng, sản xuất nguyên liệu giấy, công nghiệp ôtô xe máy… Ngành

cơ khí chế tạo là một ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội Để thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí, từ năm 2002, Chính phủ

đã ban hành Quyết định 186/2002/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020, nhằm tập trung phát triển ngành cơ khí hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy các nguồn lực trong nước, kết hợp với nguồn lực nước ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia, phấn đấu đến năm 2020, ngành cơ khí đáp ứng 45-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí trong nước và xuất khẩu 30-35%

Để đáp ứng được mục tiêu trên, trong ngành công nghiệp ôtô xe máy, việc nâng cao

tỷ lệ nội địa hóa đang được đặt lên hàng đầu Các chi tiết kim loại được sản xuất bằng công nghệ dập tạo hình với hình dáng phức tạp, sản xuất từ vật liệu khó gia công, yêu cầu kỹ thuật khắt khe hiện nay chúng ta vẫn đang phải nhập công nghệ và thiết bị từ nước ngoài Để làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến để chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ có hình dạng phức tạp là hết sức cần thiết

Ngoài công nghệ tạo hình truyền thống sử dụng chày cứng – cối cứng, công nghệ gia công áp lực hiện nay sử dụng các công nghệ mới nhằm giảm số lượng các nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm, tránh được các khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn Một trong những phương pháp gia công áp lực tiên tiến hiện nay là sử dụng chất lỏng cao áp để tạo hình Dập bằng chất lỏng áp lực cao có 2 phương pháp chính đó là : Công nghệ dập thủy tĩnh

và dập thủy cơ

Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) được nghiên cứu và ứng dụng sản xuất các chi tiết dạng tấm và ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cáo áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của phôi gây biến dạng vật liệu Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong trường hợp dập phôi tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống

Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình tạo hình, thông số công nghệ khi dập chi tiết dạng tấm có hình dạng phức tạp được khảo sát Luận án chủ yếu tập trung nghiên cứu quá trình hình thành chi tiết, các thông số ảnh hưởng tới mức độ biến dạng và khả năng biến dạng, sự biến mỏng Do đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng quá trình hình thành của chi tiết và dự đoán khả năng phá hủy được thảo luận Cuối cùng, quá trình hình thành và các giá trị thông số công nghệ tối ưu dựa trên

mô phỏng số được thực hiện bằng thực nghiệm trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam

Kết quả thu được cuối cùng đã được thực hiện khi tạo hình chi tiết có hình dạng chỏm cầu đường kính 50mm vật liệu đồng CDA260 Những ảnh hưởng của các thông số quá trình trong tạo hình chi tiết được điều tra Với mục đích này, một mô hình thực nghiệm đầu tiên được nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ và trạng thái ứng suất - biến dạng Dựa trên những kết luận thu được từ kết quả phân tích, luận án này sẽ

đề cập nghiên cứu xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của bộ thông số công nghệ hợp

lý, phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, khả năng ứng dụng cao nhất vào sản xuất

thực tế trong điều kiện của Việt Nam, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu làm việc của chi tiết có hình dạng phức tạp, là rất cấp thiết và có ý nghĩa khoa học

i Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp

dập thủy tĩnh” được nghiên cứu trong khuôn khổ dập tạo hình thủy tĩnh chi tiết tấm đơn

với mục đích làm chủ công nghệ tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT để chế tạo các chi tiết dạng tấm có dạng chỏm cầu trong công nghiệp sản xuất phụ tùng Ô tô, xe máy phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có ở Việt Nam, gồm:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết tấm Xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của thông số công nghệ chính: lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm

- Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến độ chính xác hình học của sản phẩm đáp ứng yêu cầu chế tạo các chi tiết trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy

*) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: sản phẩm dạng cầu đường kính 50mm, vật liệu đồng CDA260 chế tạo bằng công nghệ dập thủy tĩnh nhằm xác định bộ thông số công nghệ hợp

lý

- Phạm vi nghiên cứu: ảnh hưởng và hàm quan hệ của 3 thông số công nghệ cơ bản bao gồm lực chặn, áp suất chất lỏng chất lỏng cần thiết, chiều cao tương đối sản phẩm (Hi/D)trong hai trường hợp có đối áp N = 0.4kN và không đối áp N = 0 kN

Các nội dung nghiên cứu của Luận án được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

ii Phương pháp nghiên cứu : Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm

- Thứ nhất từ lý thuyết – tìm hiểu các công trình đã công bố liên quan đến đề tài ở trong và ngoài nước, xác định những gì đã công bố, điểm mới đặt ra cho luận án giải quyết

- Cách tiếp cận thứ hai là từ thực tiễn – tìm hiểu cơ sở vật chất, trang thiết bị sẵn có

và của các đơn vị nghiên cứu trong nước để thực hiện luận án Ngoài ra, tìm hiểu thêm nguồn nguyên liệu và khả năng ứng dụng thực tiễn sản xuất

- Để thực hiện đề tài, một số phương pháp sau được sử dụng:

+ Sử dụng phương pháp mô phỏng số nhằm định lượng các thông số công nghệ, các kết quả mô phỏng sau đó làm cơ sở cho thiết lập các thông số khi thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tạo hình

+ Sử dụng các thiết bị có sẵn phù hợp với điều kiện thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để thiết

kế và chế tạo hệ thống thiết bị phục vụ thực nghiệm đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy thu thập và xử lý các thông số công nghệ

+ Sử dụng thiết bị đo và các phần mềm hiện đại hiện có ở Việt Nam để đo và xử lý

số liệu cho kết quả đảm bảo độ tin cậy

+ Thực nghiệm xác định các thông số công nghệ trong trường hợp không đối áp và

có đối áp Kết quả được đánh giá trên cơ sở tạo hình các chi tiết đạt yêu cầu không bị nhăn, rách, biến mỏng và chất lượng bề mặt tốt So sánh đối chiếu trường hợp không đối áp và có đối áp

+ Xử lý số liệu thí nghiệm, tính toán xây dựng mô hình toán học và đồ thị quan hệ giữa các thông số công nghệ Mối quan hệ của áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối phụ thuộc vào lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm trong hai trường hợp có đối áp

và không sử dụng đối áp Xây dựng đồ thị quan hệ giữa độ biến mỏng và các thông số công nghệ, xây dựng miền làm việc của chi tiết cầu đường kính 50 mm sử dụng công nghệ DTT

iii Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học:

- Nghiên cứu hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về các công nghệ tạo hình kim loại bằng chất lỏng cao áp trong đó có công nghệ DTT, để xác định miền điều chỉnh của các thông số công nghệ chính làm cơ sở khoa học cho chế tạo các chi tiết tấm có hình dạng phức tạp bằng công nghệ DTT

- Xây dựng được mô hình toán học thực nghiệm phản ánh mối quan hệ giữa các thông số công nghệ chính tới khả năng tạo hình tương ứng từ đó lựa chọn miền điều chỉnh phù hợp, đảm bảo tạo hình chi tiết và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp

- Kết hợp phương pháp nghiên cứu mô phỏng số với thực nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả nghiên cứu và tiết kiệm chi phí, qua đó góp phần vào sự phát triển của các phương pháp thiết kế và tối ưu quá trình nhờ công nghệ ảo

b) Ý nghĩa thực tiễn:

- Góp phần đào tạo nâng cao năng lực chuyên môn nghiệp vụ cho đội ngũ cán bộ KHCN thuộc lĩnh vực công nghệ tạo hình biến dạng vật liệu, nâng cao hiệu quả nghiên cứu ứng dụng các công nghệ tiên tiến của thế giới phù hợp với điều kiện Việt Nam mà chưa cần phải đầu tư thiết bị mới

- Luận án được tiến hành nghiên cứu sát với điều kiện thực tế ở Việt Nam nên rất thuận lợi trong triển khai ứng dụng công nghệ này vào sản xuất công nghiệp

iv Các đóng góp mới của luận án

1) Xây dựng được bộ các thông số công nghệ có xem xét ảnh hưởng của độ biến mỏng khi tạo hình các chi tiết dạng tấm

2) Xác định được mức độ biến mỏng theo từng vị trí của chi tiết trong 2 trường hợp có

và không có đối áp

3) Đưa ra mô hình toán học dạng hàm mục tiêu, hàm thông số công nghệ dạng 2D và 3D

v Các nội dung chính trong luận án

Luận án ngoài các mục quy định và phần Mở đầu được trình bày trong 05 Chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh;

Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ dập thủy tĩnh;

Chương 3: Các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số;

Chương 4: Xây dựng hệ thống thực nghiệm;

Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả;

Kết luận quan trọng của luận án và những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo sẽ được trình bày trong kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY

TĨNH 1.1 Sơ lược về tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT

Công nghệ DTT nằm trong nhóm công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp (hình 1.1) Chất lỏng cao áp được cung cấp bởi hệ thống tăng áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của phôi gây biến dạng theo hình dạng của cối (DTT phôi tấm) và theo hình dạng hai nửa khuôn trên và khuôn dưới (DTT phôi ống)

Tạo hình kim loại bằng chất lỏng cao áp là công nghệ sử dụng chất lỏng (nước, dầu) để biến dạng kim loại Công nghệ này hiện nay được ứng dụng khá nhiều để chế tạo các chi tiết trong công nghiệp ôtô, xe máy nhằm giảm trọng lượng, tăng độ bền và độ cứng các chi tiết, chi phí khuôn dập giảm do có thể kết hợp nhiều nguyên công thành một nguyên công Các chi tiết trên xe ôtô như khung, dầm, bảng điều khiển, Cácte chứa dầu, các bình lọc dầu, và một vài chi tiết dập vuốt khác hiện nay được chế tạo bằng phương pháp này

Dập bằng CLCA thường sử dụng với 2 loại hình :

Sử dụng công nghệ DTT có thể tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp mà công nghệ dập truyền thống khó thực hiện được, đồng thời có khả năng ghép nối các chi tiết rời thành 1 chi tiết nhằm giảm các khuyết tật do hàn, khuyết tật… Công nghệ này cũng làm đơn giản hóa trong lắp ráp các chi tiết phức tạp

Công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp được phát minh năm 1950 bởi Fred Leuthesser [5] nhằm chế tạo các chi tiết gia dụng dạng tấm Phương pháp này làm giảm chi phí sản xuất các chi tiết dạng dập vuốt có số lượng nhỏ Hiện nay công nghệ này chủ yếu phục vụ ngành công nghiệp ôtô với những sản phẩm có ưu điểm nổi bật: khỏe, nhẹ, hình dáng phức tạp, không bị khuyết tật trong kết cấu …

Mặt đồng hồ Ống chữ T Khung xe ô tô Ống giảm thanh

Các chi tiết vỏ xe ô tô

Hình 1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp, [37, 60]

Các thiết bị sử dụng cho công nghệ dập này thường là thiết bị chuyên dụng, hệ thống bao gồm máy ép thủy lực (dùng để chặn), hệ thống cung cấp chất lỏng cao áp (dùng để tạo hình), hệ thống điều khiển và đo các thông số trong quá trình tạo hình

Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết tấm [22, 36]

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết ống [37]

Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị dập thủy cơ chi tiết tấm [22]

1.1.1 Ưu điểm của tạo hình bằng CLCA

Trong nguyên công dập vuốt các chi tiết dạng tấm, tạo hình bằng CLCA tương tự như phương pháp truyền thống tuy nhiên có lợi đáng kể về số lượng các nguyên công cần thiết để tạo hình , giảm chi phí khuôn mẫu và chi phí sản xuất

Hình 1.6 Ưu điểm của phương pháp tạo hình bằng CLCA [13, 37]

Mức độ biến dạng lớn: dập bằng CLCA cho phép tạo ra sản phẩm với mức độ biến

dạng lớn hơn so với phương pháp dập vuốt truyền thống

Hình 1.7 So sánh ứng suất giữa dập vuốt truyền thống và dập CLCA [51, 37]

Bề mặt sản phẩm tốt hơn : So với phương pháp dập vuốt truyền thống, dập bằng

CLCA tránh được sự tiếp xúc trực tiếp của sản phẩm với khuôn nên bề mặt sản phẩm không

bị xước Trong quá trình dập bằng CLCA, khi áp suất đạt giá trị yêu cầu thì tấm tiếp xúc với dụng cụ nên đảm bảo quá trình hình thành chi tiết không có sự cào xước

Cho phép tạo hình các loại vật liệu khó biến dạng: Phương pháp tạo hình bằng CLCA

có khả năng biến dạng với mức độ biến dạng tối ưu các vật liệu có trở lực biến dạng lớn như: thép không gỉ, magie, titan [26] hoặc các hợp kim đặc biệt Với những tấm kim loại có chiều dày từ 0,05 đến 6 mm, khả năng biến dạng của phương pháp dập bằng CLCA lớn hơn nhiều

so với phương pháp dập vuốt thông thường

Tiết kiệm chi phí dụng cụ: Chi phí sản xuất khuôn mẫu trong phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp có thể giảm đến 80% so với phương pháp dập truyền thông [22, 37], do

nguyên nhân số lượng nguyên công có thể giảm, chỉ cần chày hoặc cối khi tạo hình

Trong nguyên công tạo hình các chi tiết ống : Phương pháp dập bằng CLCA các chi tiết ống làm khung và dầm ô tô làm giảm tối đa trọng lượng xe Do phần lớn trọng lượng xe là phần khung nên để giảm được trọng lượng xe sẽ cải thiện được mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm lượng khí thải Tuy nhiên, mức độ giảm như thế nào phụ thuộc vào các tiêu chí khác như: độ bền, mỹ thuật … do đó sự lựa chọn kết cấu khung ô tô bằng ống hiện nay đang được ứng dụng một cách hiệu quả nhằm giảm tối đa trọng lượng xe

Hình 1.8 Ống tạo hình bằng CLCA được áp dụng trên khung ô tô [36]

1.1.2 Nhược điểm của tạo hình bằng CLCA

Thiết bị đắt tiền: Các thiết bị cao áp đòi hỏi độ kín khít lớn, khả năng chịu áp cao nên

các trang thiết bị sử dụng cho hệ thống thường đắt tiền

Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp thiết bị công nghệ cao : Với áp suất tạo hình có thể đến

10,000 bar nên đòi hỏi việc lắp ráp và chế tạo thiết bị đảm bảo theo các tiêu chuẩn khắt khe của các thiết bị cao áp

1.2 Các phương pháp tạo hình bằng CLCA

1.2.1 Dập thủy cơ:

Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình vật liệu nhờ nguồn chất lỏng cao áp kết hợp với lực nén của chày Chất lỏng cao áp tạo thành là do trong quá trình làm việc, chày chuyển động nén chất lỏng trong lòng cối Phương pháp này được ứng dụng để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng phức tạp Sơ đồ các bước dập thủy cơ được thể hiện trên hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ các bước dập thủy cơ [80]

Quá trình dập thủy cơ có thể được chia thành các bước sau [50, 81]:

- Đưa phôi vào khuôn dập

- Chày chuyển động đi vào trong cối: áp suất chất lỏng trong lòng cối tăng tỷ lệ thuận với hành trình của chày, đẩy phôi áp vào bề mặt của chày

- Lấy sản phẩm dập ra khỏi khuôn

Từ mô phỏng số quá trình biến dạng đến sản xuất

Hình 1.11 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống [5]

Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống có thể được chia thành các bước sau [36, 81]:

- Máy cắt ống theo đúng kích thước yêu cầu làm phôi ban đầu, phôi sau đó tùy theo yêu cầu hình dáng của sản phẩm sẽ được uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm

Hình 1.12 Phôi được cắt và uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm [14, 36]

- Phôi được đặt vào lòng khuôn, khuôn được đóng lại nhờ máy ép thủy lực sau đó chất lỏng được điền đầy vào trong lòng ống

Hình 1.13 Phôi đặt vào lòng khuôn [36]

- Áp suất chất lỏng được tăng lên biến dạng phôi theo hình dạng của cối, lực dọc trục đẩy phôi vào trong lòng cối hỗ trợ tạo hình chi tiết theo như hình dáng sản phẩm mong muốn

- Áp suất tăng lên cực đại điền đầy các góc cạnh khó biến dạng, loại bỏ những phần nhăn tại chỗ chuyển góc đột ngột, hạn chế sự biến mỏng và vỡ ở phần không có đối áp

Hình 1.14 Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm [36]

- Dỡ sản phẩm ra khỏi khuôn, thực hiện các nguyên công tiếp theo như đột lỗ, cắt cặt đầu theo yêu cầu bằng khuôn hoặc cắt laser

Các sản phẩm được ứng dụng bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống:

- Các chi tiết làm mối nối đường ống dẫn, ống chịu lực: Các chi tiết mối nối đường

ống dẫn là chi tiết không gian cơ bản Các mối nối, các đầu giao chéo nhau là các chi tiết phổ biến nhất hay dùng, ngoài ra trong nhóm này còn có những chi tiết không gian lệch tâm không đối xứng được sử dụng trong các thiết bị đo lường Bằng công nghệ dập thuỷ tĩnh có thể tạo hình được các chi tiết nhóm này một cách hoàn chỉnh, chất lượng cao

Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ và dạng sản phẩm ống nối, ống dẫn [11, 36]

- Các chi tiết trục bậc hoặc trục cam rỗng: Nhìn chung các chi tiết này có tiết diện dọc

nhiều bậc Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thuỷ tĩnh

Hình 1.16 Dạng trục bậc, trục cam [11, 36]

- Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy : Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống được

ứng dụng sản xuất các chi tiết khung ô tô, các ống turbo xả hoặc hệ thống ống giảm thanh …

Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm

Hình 1.18 Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm [5, 36]

Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm có thể được chia thành các bước sau [36]:

Quá trình được thực hiện qua 2 giai đoạn chính là trong 1 hành trình của máy ép:

- Bắt đầu khi đóng khuôn: Máy ép thực hiện hành trình chặn giữa khuôn trên (tấm chặn) ép phôi vào bề mặt chặn của cối, quá trình này diễn ra đảm bảo vùng làm việc được kín khít không có sự dò rỉ chất lỏng cao áp

- Giai đoạn tiếp theo là quá trình áp suất tăng lên tối đa để biến dạng phôi tấm chính xác theo biên dạng của cối: Chất lỏng cao áp là chày vuốt phôi tấm qua góc lượn của cối làm biến dạng tấm kim loại áp sát vào lòng cối, hình dạng của sản phẩm đạt được chính xác theo biên dạng cối Áp suất chất lỏng cao áp thông thường được áp dụng trong khoảng từ 30 ÷ 500 MPa [62]

Hình 1.19 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm [5]

* So sánh giữa công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm với phương pháp truyền thống

Các ưu điểm của phương pháp thủy tĩnh tạo hình tấm như sau:

- Tăng mức độ dập vuốt: Mức độ dập vuốt được tăng lên hơn nhiều so với phương pháp dập vuốt thông thường

k = 2.8 k = 3.0 k = 3.13

Hình 1.20 Mức độ dập vuốt tăng lên khi dập thủy tĩnh [5]

- Khả năng biến dạng được tăng lên

- Giảm số lượng nguyên công tạo hình

Nguồn: Bürk (1963)

Hình 1.22 Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm

- Tăng độ chính xác về kích thước, độ bóng bề mặt sản phẩm

Hình 1.23 So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống [5]

- Giảm chi phí sản xuất: khuôn và dụng cụ ít, đơn giản

Nhược điểm của phương pháp dập thủy tĩnh:

- Hệ thống cung cấp chất lỏng phức tạp, đắt tiền

- Quá trình thực hiện phức tạp và khó khăn

- Năng suất dập thấp

Các phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm:

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm được chia chủ yếu thành 2 nhóm là:

- Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

- Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm

Hình 1.24 Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm [50]

Ngoài ra, dập thủy tĩnh phôi tấm còn có thể kết hợp dập vuốt truyền thống trước khi có

sự tác dụng của áp suất thủy tĩnh:

Hình 1.25 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền thống [50]

Hình 1.26 Nguyên lý dập thủy tĩnh cặp phôi tấm kết hợp dập vuốt truyền thống [50] Các sản phẩm được ứng dụng bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm:

- Các chi tiết vỏ xe trong công nghiệp ôtô: Các chi tiết vỏ xe ô tô có biên dạng phức

tạp, hoặc mức độ biến dạng nhỏ (sự đàn hồi lại lớn) rất cần thiết sử dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm – Các chi tiết này được sản xuất bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

Hình 1.27 Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe) [11]

- Các chi tiết bình, không gian rỗng trong công nghiệp ôtô: Các chi tiết bình chứa hoặc có

hình dạng không gian rỗng được sản xuất theo công nghệ dập thủy tĩnh cặp phôi tấm

Hình 1.28 Các chi tiết có dạng không gian rỗng trong xe ô tô [11, 40]

Nhược điểm chính thường hay gặp trong quá trình dập thủy tĩnh đó là:

- Sự chảy không ổn định của mặt bích phôi ở các phần khác nhau trên vành mép của chi tiết điều này thể hiện ở dạng một mặt của mặt bích phôi bị lệch do nguyên nhân là sự không đồng đều của trở lực biến dạng ở mặt bích, và còn do sự không đồng đều của lực ma sát xuất hiện giữa mặt bích phôi và dụng cụ (hình 1.29)

Hình 1.29 Sản phẩm lệch vành khi dập thủy tĩnh do sự chảy không ổn định

Các nguyên nhân làm lệch phôi có thể là:

1 Mặt bích phôi bị áp không đều vào cối

2 Tấm phôi ban đầu có độ dày không đồng đều

3 Sự tác dụng không đồng đều của lực ma sát trên gân vuốt của cối

4 Tính chất cơ lý không đều của các phần khác nhau của phôi

Khi tiến hành dập vuốt sâu bằng chày cứng, ảnh hưởng xấu của các nguyên nhân

kể trên được khắc phục một cách dễ dàng bằng tác động chống lại của lực ma sát giữa phôi và chày

Trong trường hợp dập bằng DTT, các lực gây ra dịch chuyển phát sinh từ việc đặt phôi lệch và lực kẹp không đều, hoặc do lực ma sát không đều, hoặc do các yếu tố khác,

sẽ không được cân bằng bởi các ngoại lực Điều này sẽ dẫn tới sự dịch chuyển không đối xứng của mặt bích phôi, kết quả của việc tạo hình trong các điều kiện này là các chi tiết nhận được sẽ lệch hoặc là cần phải tiêu tốn thêm vật liệu vào các chỗ dôi gia công mà sau

đó cần phải loại bỏ chúng đi

- Lượng biến mỏng quá lớn và độ không đồng đều theo chiều dài của thành chi tiết là đáng kể Những điều này làm giảm đáng kể chất lượng của chi tiết dập và vì vậy nó cũng cho thấy các khả năng công nghệ còn hạn chế

- Ngoài áp suất chất lỏng, còn sử dụng thêm đối áp của chất lỏng về phía mặt đối diện của phôi theo phương pháp Kranenberg

1.3 Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm

1.3.1 Trên thế giới

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm được bắt đầu nghiên cứu từ đầu thập niên 60 và được ứng dụng vào sản xuất cơ khí những năm 80 của thế kỷ 20 [5] Nga là nước đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh trong đó nghiên cứu nhiều nhất

là Đại học tổng hợp quốc gia Tula, Đại học Bách khoa Leningrat và các nhà máy sản xuất công nghiệp Kết quả của các nghiên cứu này đã được nêu trong sách giáo trình của Nga : Dập bằng cao su và chất lỏng tác giả E.I ISACHENKOP – Nhà xuất bản chế tạo máy Matxcva năm 1967 và Gia công biến dạng dẻo kim loại bằng thuỷ lực K.N BOGAYAVLENXKI, A.G RYABINHIN – Nhà xuất bản chế tạo máy Lêningrat năm 1988 Các giáo trình đưa ra các nguyên lý, cơ chế và tính toán công nghệ cho tạo hình bằng thủy lực

Đức và Mỹ là hai nước phát triển khá nhanh trong lĩnh vực biến dạng tạo hình bằng chất lỏng cao áp (thủy tĩnh) Đã có rất nhiều phát minh nghiên cứu của các trường Đại học, Viện nghiên cứu [39, 21, 63, 52, 54, 61], và các công ty [20, 24, 31], được đăng ký vàc đăng tải trên các tạp chí và hội nghị trên toàn quốc Các lĩnh vực chủ yếu trong dân dụng, hàng không

vũ trụ, ô tô xe máy, và trong công nghiệp …

Biến mỏng

Tại Châu Á, điển hình là Nhật và Hàn Quốc, Trung Quốc đang đi đầu trong nghiên cứu

và ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh nhằm biến dạng các vật liệu khó biến dạng như Titan, Magie [33, 16, 47, 34, 27], … với sự hỗ trợ công cụ mô phỏng số cho phép dự đoán trước sự hình thành, phá hủy trong quá trình biến dạng vật liệu

Tỷ lệ công bố theo khu vực Số lượng bài báo công bố theo năm

Hình 1.31 Tỉ lệ công bố khoa học theo khu vực và theo năm công bố

Dập bằng công nghệ dập thủy tĩnh đã khẳng định được những ưu điểm nổi trội của nó trong việc tạo hình những chi tiết hình dạng phức tạp, những chi tiết có kích thước lớn với sản lượng thấp, khả năng biến dạng của vật liệu kém (Magie, Titan) Chính vì vậy, công nghệ này

đã và đang được các nhà khoa học tiếp tục quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng vào thực tiễn sản xuất

Các hướng chính trong nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào các vấn đề như sau:

Công nghệ dập thủy tĩnh:

- Sơ đồ nguyên lý, phương pháp và quá trình dập thủy tĩnh

- Thông số điều khiển và thông số quá trình (áp suất, lực, tốc độ)

- Ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình

- Các dạng hỏng trong quá trình tạo hình

- Mô phỏng số để xác định và tối ưu thông số

- Dập kết hợp nhiệt độ cao

Thiết bị và thí nghiệm dập thủy tĩnh:

- Ma sát và bôi trơn

- Khuôn mẫu và thiết bị thí nghiệm

Công nghệ vật liệu biến dạng, vật liệu khuôn mẫu:

- Công nghệ vật liệu : các vật liệu khó biến dạng và tạo hình

- Xác định đường cong giới hạn khi tạo hình FLD

- Nhận dạng mô hình vật liệu, xây dựng mô hình hình học

- Các lĩnh vực khác

 Về công nghệ dập thủy tĩnh:

- Lý thuyết dập thủy tĩnh bao gồm: Nguyên lý tạo hình, phương pháp dập (tấm đơn,

cặp tấm, ống) … được các tác giả công bố nhiều vào các năm 1998 – 2003 [23, 40, 42, 44, 53], như các vấn đề về lý thuyết được nghiên cứu trên cơ sở khai phá công nghệ (có đối áp, không đối áp) Từ năm 2003 đến nay, lĩnh vực này ít được công bố bởi công nghệ được ứng dụng trong sản xuất thực tế tại các nhà máy

Các quá trình về dập thủy tĩnh phôi tấm đơn được Lince P.Sunny, Taylan Altan [36, 37] trình bày cụ thể với các nguyên lý tạo hình, thiết bị cần thiết và điều khiển qúa trình Sơ đồ thực nghiệm cũng được thiết kế phù hợp với công nghệ [81] như hình 1.32

Hình 1.32 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm [81]

Theo Taylan Altan cũng chỉ ra rằng: quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm diễn ra thành 3 giai đoạn gồm giai đoạn đóng khuôn, giai đoạn tạo hình phồng tự do, giai đoạn áp sát lòng cối

và tinh chỉnh [57, 58]

Hình 1.33 Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm đơn [57]

Các nguyên lý sử dụng các dạng đối áp cũng được nghiên cứu, kết cấu của đối áp, lực đối áp cũng được nghiên cứu nhằm nâng cao mức độ tạo hình

Hình 1.34 Các kết cấu của đối áp khi dập phôi tấm đơn [81]

Theo nghiên cứu của Shi-Hong Zhang [53], sử dụng nguyên lý cối có phần di chuyển tương tự như đối áp cũng được sử dụng nhằm cải thiện mức độ và quá trình tạo hình các chi tiết tấm đơn bằng công nghệ dập thủy tĩnh Với kết cấu cối có thể di chuyển luôn tiếp xúc vào phần biến dạng tự do của phôi nhằm giảm tối đa sự biến mỏng

Hình 1.35 Kết cấu cối có phần di chuyển [53]

Hình 1.36 So sánh biến mỏng khi thực nghiệm có cối di chuyển và không cối di chuyển [53]

Nhằm tăng mức độ biến dạng của các vật liệu khó biến dạng, giảm áp suất cần thiết trong lòng cối, một nguyên lý được ứng dụng và thử nghiệm là nguồn cung cấp chất lỏng vào lòng cối không ổn định mà được cấp vào dưới dạng sóng va đập thủy lực (Hammering) Nguyên lý này sử dụng hai nguồn chất lỏng tác động luân phiên nhằm giảm lực kéo phôi vào trong cối do ma sát giữa phôi và cối, việc này làm giảm biến mỏng và nâng cao khả năng tạo hình Áp suất tạo hình thường nằm trong khoảng từ 5 – 30 MPa

Hình 1.37 Chu kỳ tác động áp suất dạng sóng va đập

- Thông số điều khiển và thông số quá trình (áp suất, lực, tốc độ) được nghiên cứu

nhiều để thực hiện tạo hình chi tiết theo yêu cầu người sản xuất [17, 39, 61] Quá trình hình thành phụ thuộc vào các thông số công nghệ như lực chặn [57], áp suất tạo hình, [58], các

kích thước hình học của cối như bán kính lượn cối, độ nhẵn bề mặt vành chặn, chiều dày sản phẩm, tỷ lệ chiều sâu dập vuốt và đường kính H/D [49]

Theo [68, 69, 70] các thông số nghiên cứu bao gồm: áp suất chất lỏng lòng cối P0, lực chặn Q, lực đối áp N, bán kính góc lượn cối, chiều dày vật liệu S0, hành trình đối áp HN …Các thông số này được đo và thu thập số liệu theo như hình 1.38 [81]

Hình 1.38 Sơ đồ kết nối các phần tử đo và thu thập dữ liệu đo

Áp suất trong lòng cối thủy tĩnh có tác dụng tạo hình chi tiết trực tiếp biến dạng vật liệu và được khống chế trong khoảng áp lực tạo hình, nếu áp suất bé sẽ không biến dạng được vật liệu, nếu áp suất lớn sẽ đẩy ngược cối làm chặn mất tác dụng

Hình 1.39 Các thông số ảnh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo hình [81]

Lực chặn sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm như trong công nghệ dập vuốt truyền thống Lực chặn sẽ làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng tại phần vành Do đó lực chặn có ảnh hưởng lớn đến lực công nghệ và các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Đây là thông số quan trọng nhằm tránh xảy ra nhăn hoặc nứt, rách trong quá trình dập đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kéo vật liệu vào lòng khuôn Khi lực chặn nhỏ,

sẽ xảy ra nhăn, chất lỏng trào ra ngoài qua các sóng nhăn; ngược lại lực chặn lớn sẽ làm cho vật liệu bị rách, vị trí rách đã được nghiên cứu và chỉ ra rằng vùng đỉnh của sản phẩm là nơi bị biến mỏng và rách nhiều nhất Để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm biến mỏng vật liệu với các chi tiết dập vuốt phức tạp không đối xứng có thể sử dụng lực chặn phân bố không đều trên

bề mặt phôi hoặc sử dụng phương pháp lực chặn thay đổi [76] hoặc hệ thống đối áp trong lòng khuôn [35, 59]

Tối ưu hóa các thông số lực chặn được M Tolazzi và M Geiger nghiên cứu với vật liệu nhôm AA5754 và thép hợp kim FeP04, DP450 [39] Kết quả của nghiên cứu nhằm tối ưu

lực chặn nhằm kiểm soát sự kéo vào cối của vật liệu khi dập thủy tĩnh Với kết cấu hệ thống nhằm nghiên cứu sự chảy của vật liệu cả phía trong và phía ngoài của mặt bích (hình 1.40)

Hình 1.40 Sơ đồ thí nghiệm sự chảy của vật liệu phụ thuộc vào các thông số công nghệ [39]

Các thông số trong nghiên cứu bao gồm lực chặn phôi vành trong Fi, vành ngoài F0, chiều sâu hoặc hình dạng chi tiết, bán kính góc lượn trong r và ngoài re…

Hình 1.41 cho thấy giá trị lực chặn ngoài tối thiểu F0 là một giá trị cố định Để tạo hình đạt các thông số hình học thì giá trị F0 phải đảm bảo lớn hơn 2 lần giá trị Fi và diện tích phần vành ngoài A0 lớn hơn 6 lần diện tích vành trong Ai Nghiên cứu có thể cung cấp thông tin về lựa chọn chính xác của các thông số quá trình trong trường hợp dập các chi tiết có hình dạng phức tạp đối xứng trục

Hình 1.41 Các dạng hỏng và ảnh hưởng chiều sâu dập vuốt của vật liệu FeP04 [39]

Mối quan hệ giữa lực chặn và áp suất tạo hình khi dập thủy tĩnh chi tiết hình cốc trụ cũng được Dr Gianfranco Palumbo nghiên cứu [21, 22] như hình 1.42

Hình 1.42 Miền làm việc của lực chặn tương đương với áp suất cần thiết tạo hình

Miền lực chặn nằm trong vùng cho phép đảm bảo chất lỏng trong lòng cối không có sự

dò rỉ Khi đó, lực chặn khi biết áp lực cần thiết lớn nhất trong lòng cối được tính toán bằng cách tra theo đồ thị như hình 1.43

Hình 1.43 Đồ thị tra lực chặn cần thiết khi biết áp suất chất lỏng lớn nhất trong lòng cối

Khi nghiên cứu các thông số của quá trình, các nhà khoa học thường tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình của vật liệu, chất lượng của sản phẩm cũng như ảnh hưởng tương tác giữa các thông số với nhau trong quá trình dập thủy tĩnh Các thông số công nghệ được quan tâm xem xét bao gồm: áp suất chất lỏng trong lòng cối, lực chặn, đối áp, mức độ biến dạng liên quan tới hệ số dập vuốt, kích thước hình học của chày, cối, chiều dày phôi

- Ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình được nghiên cứu và báo cáo nhằm đánh

giá sự phá hủy vật liệu trong quá trình tạo hình Phương pháp chủ yếu được sử dụng là phương pháp mô phỏng số [23, 47], để xác định phân bố ứng suất, biến dạng trong vật thể nhằm đánh giá, dự đoán khả năng tạo hình Các kết quả đầu vào sẽ làm tiền đề cho thiết lập các thông số trong khi tiến hành thực nghiệm Những nghiên cứu về xác định đường cong chảy của vật liệu được nghiên cứu bằng các thí nghiệm thực nghiệm cho các dạng vật liệu khác nhau cũng được nghiên cứu tại Nhật Bản, Hàn Quốc … [12, 30, 47, 48]

Hình 1.44 Đường cong chảy của vật liệu

Bằng mô phỏng và thực nghiệm, G Palumbo đã dựng đường cong biến dạng khi dập vuốt chi tiết vật liệu AISI 304 dày 0.5 mm hình trụ với chiều sâu 25 và 30 mm (hình 1.45) và chi tiết hình hộp theo hai đường sinh tại góc và cạnh hình hộp (hình 1.46) bằng mô phỏng số xác định được biến dạng tại góc hình hộp là lớn nhất và rách tại vị trí này

Hình 1.45 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình trụ chiều cao 25 và 30 mm [23]

- Các dạng hỏng trong quá trình tạo hình: các nghiên cứu về sự phá hủy vật liệu đã công bố tại các hội nghị cơ học phá hủy với vật liệu nhôm [29] hay thép cán nóng [27], hoặc nghiên cứu về giới hạn khả năng tạo hình bằng thực nghiệm [15] hoặc mô phỏng số để dự đoán các dạng phá hủy khi dập vuốt [22, 32] Bằng thực nghiệm và mô phỏng, sự phá hủy vật liệu xảy ra tại phần đỉnh của sản phẩm Chính vì thế, đối áp được sử dụng để hạn chế sự biến mỏng vật liệu sinh ra rách sản phẩm

Hình 1.46 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình hộp tại các điểm trên chi tiết [23]

 Về Thiết bị và thí nghiệm dập thủy tĩnh:

Nghiên cứu về thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết tấm, các nhà khoa học tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tối ưu hệ thống khuôn, chặn, và các thiết bị hỗ trợ nhằm đáp ứng khả năng công nghệ một cách tốt nhất Nghiên cứu về thông số hình học của cối đã đưa ra tối ưu các thông số bán kính góc lượn, độ nhám bề mặt để nâng cao khả năng tạo hình và chất lượng sản phẩm [49, 53] Các nghiên cứu ứng dụng về thiết bị hỗ trợ với mục đích tạo ra sự đồng bộ, linh hoạt trong điều khiển hệ thống công nghệ: điều khiển lực chặn, điều khiển áp suất chất lỏng lòng cối, điều khiển áp lực tạo hình… nhằm tăng khả năng tạo hình và nâng cao chất lượng chi tiết dập [78]

- Ma sát và bôi trơn ảnh hưởng của ma sát trong tạo hình các chi tiết tấm bằng công

nghệ dập thủy tĩnh cũng được nghiên cứu [53] Shi-Hong Zhang nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của ma sát tới sự biến mỏng chiều dầy chi tiết Với ma sát giữa phôi và vành chặn càng lớn thì vật liệu càng khó kéo vào trong cối, sự biến mỏng càng lớn (hình 1.47) G Palumbo cũng nghiên cứu bằng mô phỏng số kết hợp thực nghiệm để đánh giá hệ số

ma sát tối ưu khi dập thủy tĩnh với các hình dạng cối khác nhau với vật liệu AISI 304 [23], với giả thiết ma sát giữa phôi và cối là ma sát Coulomb Thực nghiệm được thực hiện dập vuốt sâu 30mm và so sánh với dữ liệu mô phỏng số với hệ số ma sát khác nhau từ 0.06 ÷ 0.12 Đường cong hệ số ma sát tối ưu giữa tính toán và thực nghiệm đã được tìm thấy bằng cách sử dụng hệ số ma sát tương đương với 0.06 (hình 1.48)

Hình 1.47 Quan hệ biến mỏng và ma sát giữa phôi và vành chặn khi thực nghiệm thép không

gỉ [53]

Hình 1.48 Đánh giá hệ số ma sát tối ưu chi tiết đường kính 90mm dày 0.5 mm vật liệu AISI

304 [23]

 Về Công nghệ vật liệu biến dạng, vật liệu khuôn mẫu:

Vật liệu phôi được sử dụng cho các dạng vật liệu có độ bền cao như thép không gỉ, thép cácbon sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô xe máy [19, 29, 48], Hợp kim đồng, magie [25, 31], Nhôm [27,34], Titan [26]…

Do tấm được chế tạo bằng công nghệ cán nên mang tính dị hướng Các nghiên cứu cho thấy, tính dị hướng của vật liệu làm cho biến dạng của phôi theo các hướng không đồng đều Tính dị hướng của vật liệu ảnh hưởng rất lớn tới sự sai khác hình dạng và phân bố chiều dày sản phẩm, đồng thời phá vỡ biến dạng đồng đều trên chu vi chi tiết, gây ra sự cao thấp trên miệng sản phẩm Sự biến dạng không đồng đều có thể gây ra hiện tượng phá hủy sớm, làm tính năng biến dạng của vật liệu chưa được khai thác hết Khi đó bài toán biến dạng dẻo phải lưu ý sử dụng mô hình vật liệu dị hướng với điều kiện dẻo tương ứng [38, 43, 55]

Mỗi vật liệu có đặc tính biến cứng riêng biệt, được biểu diễn bằng hệ số biến cứng n và xác định bằng sự phụ thuộc của ứng suất chảy vào mức độ biến dạng Mức độ dập vuốt tới hạn tăng khi hệ số biến cứng tăng Việc xác định mô hình vật liệu cho thấy khả năng biến dạng, ảnh hưởng của vật liệu và thông số quá trình tới tạo hình chi tiết (rách, nhăn, mất ổn định …) Có rất nhiều nghiên cứu bằng thực nghiệm, mô phỏng số để phân tích và xác định các hệ số của các mô hình A El Hami [55] đã xác định các hệ số K, n theo mô hình Swift bằng thực nghiệm với mẫu dầy 1.0 mm, rộng 12.52 mm, dài ban đầu 100.0 mm, tốc độ biến dạng v = 0.1 mm/s

Bảng 1.1 Thông số mô hình vật liệu

Hình 1.49 Đường quan hệ lực – biến dạng

khi kéo thử mẫu

Hình 1.50 Ứng suất và giới hạn rách sản

phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm [55]

nhóm tác giả cũng đánh giá và so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng số trong dự đoán khả năng biến dạng và rách sản phẩm (hình 1.50)

Trong quá trình tạo hình bằng chất lỏng

cao áp, hiện tượng biến mỏng, rách xảy ra do

sự biến dạng quá mức tại các vùng nguy hiểm

Để đánh giá và phân tích mức độ biến dạng ta

dùng Đường cong tới hạn tạo hình FLD

Hình 1.52 Giá trị biến dạng tới hạn với chi tiết hình trụ và hình hộp dùng vẽ đường cong tới

hạn [22]

Các nghiên cứu về thông số kích thước hình học của khuôn đã chỉ ra ảnh hưởng độ nhám bề mặt cối, hình dạng cối, bán kính miệng cối trong DTT [49] Thực nghiệm được R.Krux nghiên cứu với thép DC04 dày 1mm, áp suất tạo hình Pi = 20MPa trong hai trường hợp bề mặt cối có cấu trúc khác nhau Trường hợp 1 mặt cối với độ bóng Ra = 0.48μm, Rz =

Hình 1.51 Đường cong giới hạn tạo hình FLD

2.35 μm Trường hợp 2 bề mặt cối với các gân (hình 1.53) với chiều rộng 0.735 mm, sâu 0.07mm, khoảng cách gân 2mm

Hình 1.53 Kết cấu bề mặt cối khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối [49]

Với vấn đề này, các nhà sản xuất sẽ phân bố mức độ bóng phù hợp giữa cối và vật liệu với mức độ tạo hình sản phẩm Thí nghiệm chỉ ra rằng cấu trúc bề mặt cối cũng như áp lực chặn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt sản phẩm

Hình 1.54 Khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối [49]

Kết quả thực nghiệm cho thấy kết cấu cối có gân làm giảm sự kéo phôi vào trong cối

do ma sát lớn (hình 1.54) và ảnh hưởng của cấu trúc bề mặt cối trong trường hợp có gân lớn hơn rất nhiều trong trường hợp khuôn thông thường khi áp lực trong xi lanh chặn Pbh = 2.0 to 4.0 MPa

Tổng quan tình hình nghiên cứu của về công nghệ dập thủy tĩnh trên thế giới đã minh chứng cho sự quan tâm đặc biệt tới công nghệ DTT trong các phương pháp sử dụng chất lỏng

để tạo hình nhằm phát triển và đưa công nghệ này vào trong sản xuất công nghiệp Các vấn đề nghiên cứu hiện nay tập trung vào quá trình DTT, các thông số công nghệ lực chặn, áp suất tạo hình vẫn sử dụng các công thức giải tích có sẵn đã công bố với giả thiết bỏ qua biến mỏng trong quá trình tạo hình thủy tĩnh

Việc xác định chính xác mối quan hệ giữa các thông số công nghệ như áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối, lực chặn, lực đối áp, chiều cao và chiều dầy tương đối của sản phẩm Hi/D, Si/D hiện nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu với điều kiện có sự biến mỏng khi thực nghiệm Việc đi sâu vào nghiên cứu vấn đề này vẫn còn mới và mang tính thực tiễn nhằm áp dụng vào sản xuất khi sử dụng công nghệ DTT

1.3.2 Trong nước:

Phương pháp dập thủy tĩnh đã và đang được nghiên cứu ở Việt Nam do tính ưu việt nổi trội của nó Một số nghiên cứu khảo sát về công nghệ DTT được đề cập trong các đề tài tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ và các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp (cấp Nhà nước, cấp Bộ …)

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Học viện kỹ thuật Quân sự là hai cơ sở duy nhất tại Việt Nam đang đào tạo lĩnh vực Gia công áp lực đã đưa vào giảng dạy và nghiên cứu về

công nghệ dập thủy tĩnh trong môn học “Công nghệ tạo hình đặc biệt, Công nghệ tạo hình tiên tiến” Các số liệu tính toán và kiến thức vẫn được dịch chủ yếu của Liên Xô cũ [5], các nội dung vẫn quá trình khi tạo hình các chi tiết là các sơ đồ công nghệ, công thức vẫn sử dụng giả thiết khi biến dạng vật liệu không có sự biến mỏng chiều dày Hiện tại các đề tài tốt nghiệp đại học vẫn đang tính nghiên cứu về nguyên lý và cơ chế tạo hình Phương pháp chủ yếu là sử dụng mô phỏng số để nghiên cứu xác định các thông số chính có ảnh hưởng như thế nào đến quá trình tạo hình, khả năng biến dạng …

Các luận văn thạc sỹ nghiên cứu về lĩnh vực dập thủy tĩnh hiện tại cũng chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu, thiết kế khuôn dập thủy tĩnh Chưa có công trình nào chế tạo được sản phẩm và thu thập các thông số của công nghệ DTT

Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy cơ vật liệu tấm” do NCS Nguyễn Văn Thành thực hiện đã nghiên cứu, thu thập và

xử lý số liệu đo các thông số công nghệ chính, xác định mối quan hệ tương hỗ giữa các thông

số tạo hình, xây dựng miền làm việc và mô hình toán học mối quan hệ thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ chính xác hình học sản phẩm là độ côn Tuy nhiên, nghiên cứu này tập trung nghiên cứu về công nghệ dập thủy cơ chi tiết tấm

Lĩnh vực DTT cũng được các đề tài nghiên cứu khoa học đầu tư nghiên cứu:

Nhóm nghiên cứu Đề tài cấp Nhà nước Mã số KC.05.19 đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống công nghệ để dập thành công các chi tiết dạng ống bằng công nghệ dập thủy tĩnh mở đầu cho phát triển loại hình công nghệ này tại Việt Nam Đề tài mang tính chất khẳng định công nghệ khi tạo hình hai dạng sản phẩm chính là ống xiphông và ống chữ T mà chưa đi sâu nghiên cứu các thông số công nghệ

Với vật liệu dạng tấm, nhóm nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế

tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao” do

Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp – Bộ Công Thương chủ trì đã nghiên cứu chế tạo thành công cặp chi tiết dạng tấm bằng phương pháp dập thủy tĩnh Tuy nhiên cũng chỉ dừng lại ở mức độ tạo ra được sản phẩm theo yêu cầu mà chưa thu thập được các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình DTT

Hiện nay, các nghiên cứu mới chỉ mang tính khảo sát, thống kê về công nghệ DTT, khả năng ứng dụng của công nghệ này vào sản xuất Qua thu thập tài liệu cho thấy, vẫn chưa

có nghiên cứu chuyên sâu nào về DTT Các thông số, quá trình, vật liệu, hệ thống, quan hệ tương hỗ giữa các thông số, miền làm việc các thông số tạo hình chưa hệ thống hóa và nêu ra quy luật cụ thể Chính vì vậy, việc nghiên cứu về DTT tại Việt Nam sẽ là nền móng cho việc

áp dụng công nghệ tiên tiến này vào sản xuất nhằm tăng chất lượng sản phẩm, giảm số lượng nguyên công, tăng khả năng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp

Kết luận chương 1:

Qua các kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy, DTT là công nghệ dập tiên tiến có nhiều ưu điểm nổi bật trong tạo hình vật liệu tấm mỏng, chi tiết lớn có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác gia công rất khó khăn hoặc không thể gia công được khi dập một nguyên công Công nghệ DTT là một quá trình dập vuốt tấm kim loại cho phép giảm số lượng nguyên công, đàn hồi lại thấp, độ chính xác hình học và mức độ biến dạng đồng nhất, tính chất bề mặt tốt hơn so với công nghệ dập vuốt truyền thống

Đã tìm hiểu về công nghệ, khả năng tạo hình sử dụng chất lỏng cao áp Các bộ thông

số công nghệ, thông số quá trình đã được nghiên cứu và đề cập với các giá trị định tính nên cần thiết phải nghiên cứu xác định giá trị bộ thông số một cách định lượng

Đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến quá trình DTT được công bố, nhiều thông

số ảnh hưởng tới quá trình tạo hình vật liệu trong công nghệ DTT như áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối, lực chặn, góc lượn cối, lực đối áp, ma sát… Các thông số này có những tác động khác nhau tới quá trình tạo hình nhưng chưa có công trình nào xây dựng sự quan hệ giữa các thông số và miền làm việc của các thông số công nghệ đến hình thành chi tiết một cách cụ thể Tuy công nghệ DTT đã được ứng dụng trên thế giới và tạo ra nhiều sản phẩm thương mại nhưng vấn đề cơ sở khoa học, các quy luật tác động của các thông số và các yếu

tố kỹ thuật vẫn cần có sự đóng góp tiếp theo của các nhà khoa học nhằm tối ưu các thông số công nghệ, xây dựng bộ thông số để áp dụng cho các dạng chi tiết có hình dạng tương đồng nhau về hình dáng hình học, vật liệu chế tạo Ở Việt Nam, các nghiên cứu mới chỉ dừng ở việc chỉ ra tính ưu việt của DTT và bước đầu khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ, chưa

có được bất cứ triển khai ứng dụng nào vào trong thực tiễn sản xuất Hơn nữa, kiến thức cơ bản về một quá trình tạo hình cụ thể cho vật liệu đồng CDA260 không có sẵn Chính vì thế, trong phần nghiên cứu của Luận án, tác giả chủ yếu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản quyết định quá trình DTT và xác định miền làm việc cho tạo hình sản phẩm dạng cầu đường kính D = 50mm vật liệu tấm đồng CDA260 chiều dày 0.8mm, bởi trong thực tế sản phẩm dạng cầu là một chi tiết không khó tạo hình, tuy nhiên, các chi tiết có hình dạng phức tạp thường được quy về tổng hợp của nhiều chi tiết đơn giản, chính

vì thế việc nghiên cứu và xác định bộ thông số tạo hình của chi tiết cầu sẽ là cơ sở khoa học cho thiết lập các thông số tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp khác trong sản xuất công nghiệp là cần thiết