Luận Án tiến sĩ nghiên cứu Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối Đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm

TONG QUAN VE CONG NGHE DAP TAO HINH BANG CHAT LONG CAO AP 1.1 Khái quát công nghệ đập bing chat long cao ap Dap tao hinh bang chat long cao ap HPF — High Pressure Forming là một qua trì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

NGUYEN TIT] THU

NGIDEN CỨC ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

VÀ KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CÓI ĐÈN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TRONG

DAP THUY TINH PHOI TAM

NGANH: KY THUAT VAT LIEU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

NGUYEN THI THU

NGULEN CUU ANI LIUGNG CUA MOT SO THONG 80 CONG NG)

VÀ KÍCH THƯỚC HÏNH HỌC CỎI ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HỈNH TRON

DAP THUY TINH PHOT TAM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYEN BAC TRUNG

Hà Nội - 2018

LOI CAM BOAN

Téi xin cam đoan dây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các s6 liệu, kết quả nêu trong luận

án là trưng thực và chua được tác giá khác công bỗ

Ha Noi, 10 thing 12 ndm 2018

LOI CAM ON

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám liệu Trường Đại học Bách khoa Hà

có thể tực hiện luận án tại Trường Đại hoc Bach khoa Hà Nội

'Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.L5 Nguyễn Dắc Trưng đã tận tình hướng dẫn tôi về chuyên

môn để tôi có thể thực hiện và hoản thành luận án

Tải xin cm ơn Phòng Do lường - Viện Tên Lửa, Viện IMI, Hộ môn Gia công ấp lực - Học viện Kỹ thuật quân sự, Viên Công Nghệ thuộc Tổng cục công nghiệp Quốc phòng, đã tạo điều Kiện giúp đỡ và cho phép sử dụng các thiết bị, cảm biến đo các thông số công nghệ phục vụ thu thập và xử lý tin hiệu trong thực nghiệm

Tời sản hày tỏ lòng biết ơn sâu se đến các thây phảm biện, các thầy trong hội đồng châm luận

án đã đọc và chơ những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án và dịnh hướng nghiên cửu trong tương lại

Cuối cùng tôi xm gũi lời căm ơn chân thành tới gia đình và bạn bẻ, đồng nghiệp dã dộng viễn khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực biện công trình này

'NghiÊn cứu sinh

Nguyễn Thị Thu

MỤC LỰC

LOI CAM DOAN

LOI CAM ON

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận ắn

3 Phương pháp nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và ÿ nghĩa thực tiễn

5 Các đóng góp mới của luận án

% — Bố cục của luậnán

CHƯƠNG 1 TONG R0 ÁN V

CAO ÁP

1.1 Khái quát công nghệ đập bằng chất lông cao áp

ĐÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎA

1.4 Cư sử lý thuyết về dập thủy tĩnh phi

1.4.2 Giai đoạn biển đạng tự đo cccccicsoocvee HH re

1.4.3 Giai đoạn điển đầy lòng cổi 0 Sun testesansassaesseseesieneasvas assesses 26 1.4.4 Thông số hình học khuôn, phôi

1.5 Xác định mục tiêu và đối tượng nghiền cửu của luận An

2.1 Mô phống số trong gìn công áp lực

2.1.1 Giới thiện về mô phỏng số

3.1.2 Ưu điểm của mô phòng số - - 32

2.3.4 Cáo thông số đâu vào và đâu ra của bài loàn rnô phông 35

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIÊM VÀ BẢN LUẬN , à cnseeirreierer

4.1 Giới thiệu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm

4.2 Xác định các yêu tố dầu vào và đầu ra của bài toán thực nghiệm

413.3 Nghiên cứu inh turing cita cae thong sb (Qay, H*, S®) đền áp suất chất Tổng tạo hình

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA CHU VIET TAT

Rae Bản kinh lượn tại miệng côi mn

aa | GCAL Gia công áp lực

24 | DIT Dập thủy tính

+s | DTC Dập thủy cơ

+6 | MƯEL May ép thủy lực

27 | MPS Mô phỏng số

ag | PEN Phang thi nghiém

ag | IPE Dap tao hinh sir dung ngnén chat long ap sudt cao

4 Thông số của cối chất lớng

u vào trong qué trinh tao hình

5 Thông gông nghệ s

6 Các thông số mục tiêu dầu ra trong quá trinh tạo hình

7 Các miền giá trị khảo sát của áp suất chặn và áp suất tạo hình

§ Số liệu áp suât tạo hình trang trường hợp 8* = 0.73

Ð Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp §* — 0.91

10 Số liệu áp suật tạo hình trong mudng hợp S* = 1.09

11 Bản kính day sẵn phẩm khi S* =0.73 và H23

12 Bán kính day san phẩm khi S* =0.73 và H*2/

13 Bán kinh day sản pham khi S* =0.91 va

14 Bản kinh đây sân phẩm khi 8* ~1.09 và H*- 23:26, 29

15 Mức độ biến mỏng khi IDTT trên cối có H* =23

16 Mức độ biển mông khi DTT trên gối có H* =26

17 Mức độ biên mỏng khi DTT trên cối có H# 29

1 Thông số bộ

ap CP-70

2 Thong sé dau vao tia trrgng hop m6 phOng ecccccccccesseessesssseeessensesssesensee

3 Thông số đầu ra của sản phẩm

4 KÃI quả thử nghiệm

5 Kất quá so sánh các chí số giữa MPS và thực nghiệm se

1 Các yêu tổ dẫu vào và đầu ra của bài toắn (hực nghiệm

2 Bảng ma trận thực nghiỆm cọ ninh rrrre

DANH MUC CAC HINH VE VA ĐỎ THỊ

1 So dé phan loai céng nghé dap tao hinh bằng chất lóng cao äp |24[, 4

5

?

„ 3 Sơ đỗ quá trinh tao hình thúy tỉnh phôi tâm [66] «coi

4 Dập thủy nh thanh B của xe ðtô trên máy ép thủy lre |60]

2 Môi quan hệ giữa áp soái và bản kính trong DTT + phôi ông [as] "`

8 Sản phẩm hệ thông xả trong ôtô được chế tạo băng: "`

9 Sơ đồ nguyên lý các trưởng hợp dập tạo hình (a) và mật cắt sản phẩm (b) [32| 12

10 Đường lực chặn lỗi uu doi với chỉ tiết câu [64] 13 11 Hiện tượng: rách (a) nhn (6) trong quả tinh ĐTT |64| L8

12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo hình [S6 14

13 Hệ thông gia rữiệt trong qua trinh dap bang chat long ap suat cao [35] 15 14 So dé nguyén ly hé théng thye nghiệm công nghệ đập thủy tĩnh tâm |94] 16

15 11é thong thiét bi DTT diéu khiển theo chương trình |52] 16

16 Hệ thông chặn toa độ diễu khiển theo thời gian và hành trình |25[ L7

17 Hệ thẳng chặn chủ động điều khiển hành trinh |25, ecee

18 Sơ đồ điều khiển áp lực gioằng làm kín [25] - -1Ñ

19 Bê mặt cối ảnh lưỡng tới khả năng kéo phối vào trong côi J82[

20 Sơ đồ quá trình TT phôi tắm -

21 Giai đoạn biển dang ty do [77] - - 22

23 Trạng thái img suất và biển đạng của "phối trong DTT pk 23

24 Quá trình biên dạng tự đo của tâm |7

25 Cáo bán kinh góc lượn đáy côi

26 Chỉ tiết lựa chợn để nghiên cứu - - 30

1 Mô hinh khuôn (chưa chia hưới) và mô hinh phôi - -34

3 Đường cong ứng suất biến dạng của vật liệu DC04

4 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chăn Qu 25 bar

§ Đỏ thị biểu điễn mỗi can hệ giữra Qa và Pa khí S* =0.73 39

9 Dễ thị biểu điễn mỗi quan hệ giữa QQ+ và Pụ, khí S* =0.91 4T

Lơ Đỗ thị tiểu điễn mơi quan hệ giữa Qoụ và Pe khi S? =1.09 41

11 Quá trình hình thành sản phẩm tại ap suất chặn Qa — 90 bar

12 Dỗ thị biêu điễn mơi quan hệ giữa Q và Ra, Pa và Ra

13 Mỗi quan hệ giữa Qạa và R¿ khỉ chiều đây tương dỗi của phơi S* = 0.73

14 Mỗi quan hệ giữa Qa và Ra khi chiều dày tương đối của phổi S* 0/91

15 Mỗi quan hệ giữa Qu, và R„ khi chiều đây tương đối của phơi S* = 1.09

16 Phân bỏ biên mỏng biển đảy tại Qa— 90 bar

L7 Mỗi quan hệ giữa biển mĩng lớn nhất +-> và áp suất chăn Qa, khi H* 23

18 Mỗi quan hê giữa biến mỏng lớn nhất ;„~ và áp suất chăn Q.; khi 1T*=26 3l

19 Mỗi quan hệ giữa biến mĩng lớn nhất feos va ap suat chan Qe: khi H* 29 51

2 Sơ đỗ nguyên lý hệ thơng thực nghiệm với các thành phẫu `

3 Kết cần cụm đề khuơn - 45

4 Thiểt kế 3D lịng khuơn đập cũ tiết trụ - -55

7 rực tắc đụng lên giộng làm kín khi giỗng dặt trên miệng tâm chặn

8 Gioảng cao su bị gầy trong quá trình kéo phổi vào lịng gối 7

10 Cụm điều khiển áp suật chặn ni sooee 58

12 Hệ thơng đo áp suất — hành trình: -

13 Gá sẵn phẩm trên máy đo (a) vẻ hiển thị kết quả đo (b)

14 Hiển thị qua thấu kính tọa độ đo biên đạng sản phẩm

15 Xây đựng biên đạng sản phẩm trên Solidworks 60

17 Tiễn thị kết quả đo trên màn hình máy lính - 6I

18 Hệ thơng thực nghiệm được lắp ráp hồn chỉnh - 62

Hình 3 I9 Mô là các vũng trang thai ing sual khá nhau của sản phẩm 64

Hình 3 22 Sản phẩm rách tại đầy (a); sân phẩm dạt chất lượng (b) -68 Hình 3 23 Dỗ thí áp suất chất lỏng oông tác và áp suất chăn phối trong quá trình tạo hình

Hinh 3 25 Sản phẩm sau khi tạo hình se nentrrererariaceore ÔP

Tinh 4 1 án phẩm thí nghiệm theo ma trận thực nghiệm 7 Hình 4 2 Sản phẩm đạt yêu cầu Hee 72

Hinh 4 5 Bán Kinh đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qn 80bar

Tlinh 4 6 Tản kính đáy sản phẩm khi áp sual chăn Q.= 97.5bar LT Hình 4 7 Bản kính day sản phẩm khi ap sual chain Q.a = 1 5bar -78

Hình 4 š Hán kính đáy sản phẩm khi chiều đày tương đối của phổi S* = 0.73

Hình 4 9 Bản kính day sản phẩm khí chiêu day tượng đôi của phối S* = 0.91 -79 Hinh 4 10 Ban kính dây sản phẩm khi chiều đày tương đối của phôi S*—1.09 79

Hình 4 11 Bán kinh đây sản phẩm khi chiều sâu tương đổi của cối H” = 23 -RÚ

Hình 4 13 Bản kinh đây sản phẩm khủ chiều sâu tương đổi của cỗi H” =26 80 Hinh 4 13 Bản kinh day sản phẩm khi chiều sâu tương đổi của cối HĐ 20

1lình 4 14 Mức độ biển mảng +.u« khí Ap suất chân (2a, = 8Ù bar

Hình 4 15 Mức độ biên mông y„„« khi áp suất chặn Qau 975 bar, 83

Linh 4 16 Mức đô hiển mỏng +:se, khi áp suất chặn Qạ¡ = 115 bar 83 Tinh 4 17Mde 46 bién mong Yer Khi chiéu day tuomg doi cia phdi S* = 0.73 -84

Hinh 4 18 Mức độ biến Ong Ynex Khi chiều dày tương đối của phổi §* 0.91

Tlinh 4 19 Mite 48 bién méng y„„ khi chiều đây tương đối của phôi S* = 1.09 -#4

Hình 4 21 Mức độ biến mỏng Yoox khi chiều sâu tương đổi của côi HỲ — 26 85

TRình 4 22 Mức độ hiển mồng y„ạ khi chiền sâu tương đối của edi IT" = 29 86

Hình 4.23 Áp suải tạo hình sẵn phẩm Tụ khi áp suất chặn Qcau= = 8Ôbar 87

Hình 4 24 Áp suất tao hinh sn phdm Py, khi áp suất chan Qu: = 97.5ba, 87

Hình 4.25 Ap sual tạo hình sản phẩm Pụ khi áp suất chặn Qe¿= 11 Sbar 88

26 Ap suÃi (go hình sẵn phẩm Dụ khi chiêu đây tương đổi của phôi S*=

27 Áp suật tạo hình sản phẩm P„ khi chiếu dày tương đối của phôi S%—0.91

- s8

- 90

28 Aps

29 Aps

HÃI lạo hình sản phẩm Pụ khi chiều d

oi H*= 23,

HÃI tạo hình sẵn phẩm Py, khi chidu sâu tương đổi e

30 Áp suật tạo hình sản phẩm Pụ, khi chuẩu sâu tương đối của cối H”=26

3] Áp suÃi tạo hình sản phẩm Dụ khí chiều sân tương đôi của cối H”=29

-_ 88

89

90 90

học, làm chủ và áp ding công nghệ mới vào sân xuất thực tế

Gia oông áp lực {GCAL) là một lĩnh vực quan trong trong ngành oơ khí, gắn liên với sản

ang loạt lớn, hàng khổi, sẵn xã Âm có chất lượng cao, độ chỉnh xác cao, sin

an phẩm cỏ kích thước kích thước rải lớn hàng mớt Có

Dập thủy tinh (DTT) phéi tắm là một hướng nghiền cứu trong công nghệ đập tạo hình bằng chất lóng cao áp Công nghệ này cho phép dập các cu tiết rỗng, đặc biật chỉ tiết có hình

đang phufc tap ngay cả đối với các vật liệu khó biến dạng, Trên thế giới, đã có rất nhiều công

trình nghiên cứu và ứng đựng công nghệ này vào sẵn xuất và đạt được thành lựu cao Đii

nhy cac nước nhự Dức, Mĩ, Nhật đã áp dung công nghệ ay váo công nghiệp ô tô, ruột số chỉ tiết thần và xe đã được áp đụng công nghệ IDIT để sản xuất cho chất lượng cao như thanh nối 8 hay nip capo, thay thé cho số lượng lớn nguyên ông tạo hình và khuôn trong dập tao bình

truyền thông Ở Việt Nam, đã có mỗi mg trình nghiÊn cửu về công nghệ DTT, tuy nhiền đê

có thể ứng đụng vào thục tiễn sắn xuất cần phải có những nghiên cửu chuyên säu đã có thé Iam chủ công nghệ này Do vậy “Nghiên cửu inh hướng của một số thê công nghệ và kích thước hình họo cối đến khả năng tạo hình trong đập thủy tĩnh phôi tắm” sẽ là trọng tâm và mục tiêu nghiên cửu của luận án

© Đẳi tượng và phạm vì nghiên cứu của luận án

~ Đắi tượng: luân n tập trung nghiên cửu công nghệ DTT áp đụng trên dõi tượng cụ thể chi tiét dang trụ - chỉ tiết điển hình trong nghiên cứu công nghệ DTT như trên hinh 1.26,

+ Pham ví nghiên cứu được giới hợn trong miễn:

-_ Vật liên thép tắm DC04

- Chiều đây tương đôi cúa phôi:

gras

12) trmm, đường kinh phôi bạn dầu D = 110 mm)

Š8 *¡0g=0.73; 0.91; 1.09 (tương ứng với chiêu đây thực tễ của phối 5; = (08; 1.0;

Chiều sâu Lương đối của cối

H*= 2100 =23; 26, 29 (Iuong ứng với các chiêu sâu h, = 16, 18; 20 mm và đường kính: cối đ, = 70 mm);

~_ Miễn ấp suất tạo hình Pạ= (0+600) bạn;

~_ Miễn áp suất chặn phôi Qe, — (0 +150) bar

3 Phương pháp nghiên cửu

Phương pháp nghiên cửu được sử dạng là kết hợp giữa nghiên cứn phân th lý thuyết, trô

phông số (MDS) với nghiên cửu thực nghiệm, cụ thé:

- Nghiên cửu cơ sở công nghệ DTT dựa trên tổng hợp và phân tích từ các tải liệu, công trinh đã công bổ trong và ngoài nước,

~ Ap ding phuong pl

định triện làm việc để làm cơ sở ban đầu cho quả trình hực nghiệm có hiệu quả

- Sử dụng các thiết bị do, phần mềm dễ do và xứ lý số liệu đảm bào chỉnh xác và tin cậy,

áp đụng được trong điều kiện thực tế tại Việt Nam

- Nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ và thông

- Tạo cơ sở khoa học để giải thích ảnh hưởng của thông số hình học của khuôn; thông số

hình học của phôi và thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy tĩnh phôi tắm

- Xây đựng được mỗi quan hệ giữa lực chặn phôi, chiên sâu tương đốt của cối và chiêu

dày tương đối của phôi với áp suất chất lỏng tạo hình, ban kính đây sản phẩm và mức độ biển ming

» Vnghia thee tiễn

- Kết quả nghiên cứu của luận an có th định hướng cho triển khái áp đựng trong thực liễn sắn xuất Có thể áp đựng vào sản xuất các sản phẩm dang tấm tương tự với đãi kích thước phù hợp Ngoài ra, với các sẵn phẩm có kích thước lớn hơn, phương pháp nghiên cứu của luận ấm cũng có thể được áp dụng để nghiên cửu và săn xuất trong thực tiễn

- Góp phần xây dựng hệ thông thi nghiệm đập thúy tĩnh phuc vụ cho nghiên cửu và đào tụo Hộ thông thí nghiệm của luận án có thế được đùng đổ nghiên cứu và phát triển các vẫn để khác trong DTT phôi tắm Ngoài ra, hệ thông cũng có thể được sử dụng như một thiết bị thí nghiệm phục vụ cho sinh viên đại học và học viên cao học để hiểu hơn về công nghệ DTT,

3 Cae déng gop mới của luận án

- Xác định được mỗi quan hệ giữa áp suất chăn, chiều sâu tương đối cúa côi, chiều day tương đối của phôi với áp suất tạo hình, mức độ biển mông lớn nhất của sản phẩm, bán kinh đầy sán phẩm lảm cơ sở tiến hành tôi ưu hỏa các thông số oông nghệ khi dập chủ tiết dang trụ

- Phân tích và xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ, kích thước bình học cối tới việc hình thành bản kính đáy sản phẩm và mmức độ biến mỏng của sản phẩm,

~ Chương 1 Tổng quan về công nghệ đập tạo hinh băng chất long cao ap

- Chương 2 Nghiên cứu mô phòng số quá trình đập thủy lĩnh phôi lẫm

- Chương 3 Hệ thông và phương pháp dánh giá thực nghiệm

- Chương 4, Thực nghiệm và bàn luận

t luận chung và hướng phát triển của để tài

CHUONG 1 TONG QUAN VE CONG NGHE DAP TAO HINH BANG CHAT LONG

CAO AP

1.1 Khái quát công nghệ đập bing chat long cao ap

Dap tao hinh bang chat long cao ap (HPF — High Pressure Forming) là một qua trình tạo

hình vật liệu bằng việc sử dụng chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bẻ mặt phôi, làm

biển dạng đẻo phôi theo biên dang của côi (Dập thủy tĩnh) hoặc biên dang của chảy kết hợp với một số chuyên động của khuôn (Dập thủy cơ) như hình 1.1 [15]

CAO ÁP

DAP THUY TINH DAP THUY CG

DAP THUY TINH PHOI TAM DAP THUY TINH PHOL ONG

PHOL DON PHO! CAP

Hình 1 1 Sơ đồ phân loại công nghệ đập tạo hình bằng chat long cao áp [24]

_ Kim loại được sử đụng trong công nghệ nảy không chỉ là kim loại màu, thép, mả còn có thể là các loại vật liêu khác có tính đẻo phù hợp

1.1.1 Công nghệ dập thãy cơ

Dập thủy cơ (DTC) là phương pháp tao hình vật liệu nhờ nguôn chất lỏng cao áp được sinh ra do chuyện động cơ khi của dụng cụ tạo hình vi dụ chảy chuyển động ép chất lỏng trong,

long coi Ap suat chất lỏng duge sinh ra do chat long khéng chiu nén va ép phéi vao chay, tao

hình sản phẩm theo biên dang của chày (hình 1.2) [2]

Hinh 1 2 Sơ đồ các bước dập thủy eơ [S7]

'Về cơ bản, phương pháp nảy tương tự như phương pháp đập vuốt thông thường, chỉ khác

là cỏ thêm đổi áp p, trong lòng khuôn [2] Ban đầu, chất lỏng được được bơm đây vào lòng

khuôn, làm phôi căng ra trước khi đầu trượt mang theo chảy đi xuống, Khi chày đi xuống kéo phôi vào lòng côi, đo chât lông không chịu nén nên sẽ tạo ra đôi áp, giúp ấp sát phôi vào be mat

chảy, đồng thời tạo ra vành chặn thủy lực giữ phôi ôn định trong quả trình kéo phôi vào lòng

cối Việc điều chỉnh đối áp phụ thuộc vào biên dạng cũng như tỉnh chất vật liệu, đặc điểm từng

sản phẩm

1.1.2 Công nghệ dập thấy tinh

Dập thủy tĩnh (DTT) là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng có áp suất cao (dâu, nước) có

chức năng như chày đập tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tâm hoặc phôi ông làm

biển dạng phôi theo biên dạng của lòng côi để tao hình chỉ tiết [15]

Việc phân loại phương pháp DTT thường được căn cứ vào hình dạng của phôi

a Dập thủy fĩnh phôi tẩm đơn

Đây là phương pháp DTT áp dụng cho tâm đơn Trong phương pháp nảy, chỉ cản có côi

với biên dạng xác định, chất lỏng cao áp đóng vai trò như chảy Chất lỏng cao áp sẽ tác dụng

vào bẻ mặt phôi, ép vật liệu bien dạng theo biên dạng của coi dé tao hình chỉ tiết [15]

Nguyên lý quá trình DTT phôi tâm đơn được thê hiện trên hinh 7.3

Hinh 1 3 So dé qua trinh tao hinh thiy tinh phoi tam [66]

Qua trinh DTT phôi tâm đơn gồm cac giai doan nhw sau [8, 93]:

- Giai đoạn đóng khuôn: Lực đỏng khuôn được tao ra tir may ép c6 tac dung chéng nhan

phin vanh phéi va lam kin tranh ré ri chat long trong quá trình DTT (hinh 1.3 1)

- Giai đoạn tao hình tự do: Sau khi đóng khuôn, chất lỏng cao áp sẽ được bơm vào long

áp suất thủy tĩnh tác dụng đều lên toàn bộ bề mặt phôi, phôi sẽ biên dang tự do trong long côi đên khi cham đáy côi (hình 1.3 IL)

~ Giai đoạn điền đây lòng côi: Chất lỏng tiếp tue được tăng áp suất, đến một giá trị áp suât

đủ lớn phôi sẽ bién dang déo dién day theo biên dạng của lòng cối, đặc biệt là các vị trí lôi lõm

trong côi (hình 1.3 IIL)

5o sánh giữa công nghệ đập thủy tỉnh phôi tâm với phương pháp truyền thống [8, 9, 11,

- Tiết kiêm chỉ phí chế tạo khuôn (vật liêu khuên và gia công khuôn) lân trên 50% [57]

- Giám trọng lượng chỉ tiết Diễu này đặc biệt có ý nghĩa đổi với các nhà sẵn xuất ôtô bởi

các lý do mời trường như giảm nhiên liệu tiên hao và phát thải T'uy nhiên, khí giảm trọng lượng

xe, họ phải cố gắng tránh làm ảnh hướng tới các tiêu chí quan trong kháe, chẳng hạn nhưữ sức manh và quán lý năng lượng

- Giảm biển đang đàn hồi bởi phôi luôn được kế

- Hiều quả kinh tế cao, vì có thể tạo hình những chỉ tiết

nhau ở cùng xnột thiết bị mã chỉ việc thay đổi hình dạng của

ăng trong suối quá trinh tạo hình

ó kích thước và hình dạng khác

- Có khả năng đập lạo hình những chỉ tiết có hình dạng phức lạp

+ Nhược điểm ao với công nghệ đập truyền thẳng:

- Chỉ phí đần tư ban đầu lớn đo cần thêm bộ tăng áp, hệ thông đo lưỡng, hệ thông thủy

lực

- Thời gian tạo hình chậm hơn so với dip vuốt thông thường

- Đời hồi lực đóng khuôn

tiệm vụ làm kín ori

- Lượng biển mỏng lớn và độ không đồng đều trên thành chỉ tiết trong trường hợp đập các

chỉ tiết có chiều sâu lớn [15]

ất lớn đo ngoài việc chồng nhăn, bộ phân đóng khuôn cỏn có

ong ga 1 trong quá trình lạo hình

So với DTT phôi tâm đơn, phương pháp DTT cặp phôi tâm có nhiều tru điểm và ứng dụng

hơn Cặp phối tâm có thể là hàn hoặc không hàn Việc đa đang được biên dạng sản phẩm cũng

như nâng cao năng suất chính là ưu điểm chính của phương phap nay [8]

=

a) Sơ đồ nguyên lý b) Ứng dụng

Hình L 5 Dập thủy tĩnh cặp phôi tẩm [3S]

Với công nghệ DTT phôi cặp (hình 1.5), khuôn tao hình được tiết kiệm hơn bởi thay vỉ sử

dung ít nhất 2 bô chây và côi cho 2 nửa chỉ tiết, thì công nghệ này chỉ sử dụng khuôn trên và

khuôn dưới Hơn thê nữa, việc cất vả n ôi các cặp tâm có thể được tích hợp trong một bước của

DTT, tạo thành một chuối quy trình ngắn hơn và hiệu quả hon [38]

c Déip tạo hình thủy tĩnh phôi ng

DTT phôi ông là công nghệ tạo hình chỉ tiết rỗng từ phôi ông nhở nguồn chất lỏng cao áp

tac dung ở bên trong lòng phôi, ép sát phôi vào biên dạng cúa côi [15]

Hình 1.6 trình bảy sơ đỗ nguyên lỷ đập thủy fĩnh phôi ống nổi chữ T

+- Trục vệ gioãng làm kin 5- Chây đôi ap

2.000

1 2

Bắn kính trong Simin = Ban kinh trong nhồ nhất

‘Ap suất thất lồng làm việc: .s-= Chiều dây phôi

Hinh 1 7 Mỗi quan hệ giữa áp suất và bản kinh trong DTT phôi ông [S5]

Trong quả trỉnh đập tạo hình phôi ông, áp suất tạo hinh cần thiết phụ thuộc vào bản kính

trong nhỏ nhất của thành ông, chiều dày vật liệu và ứng suât chay (hinh 1.7) [21, 25, 62, 85, 90]

Công nghệ nảy có khả năng sản xuất được các chỉ tiết có chất lượng tốt | hỉnh đang không

gian phức tạp khó có thẻ thục hiện được mà trước đây thường được chẻ tạo bằng phương pháp đúc hoặc phải hàn ghép các bộ phân với nhau Hình 1.8 so sảnh chât lượng sản phẩm bằng

phương pháp tạo hình cũ với nhiều công đoạn như uôn, cắt, hàn và phương pháp mới là dập

thủy tĩnh

Hình 1 S Sản phẩm hệ thỗng xả trong ôtö được ché tao bang

a- phương pháp tạo hình truyền thống: b- phương pháp DTT phôi ống [4S]

Bản chât của quả trình DTT phôi ông chỉnh là tao ra sự chuyển đông cưỡng bức, cục bộ

hay toàn phần của vật liệu phôi trong giới hạn chảy của vật liêu dưới ap suất thủy tĩnh, theo biên

đạng mong muốn của lòng khuôn để tạo nên những chỉ tiết có hình dạng phức tạp, mà các

phương pháp chế tạo truyền thông không thể thực hiện được Dập thủy tĩnh phôi ông cỏ nhiều

nhược điểm [15, 21, 25, 55, 60, 85, 90]

Uấ điểm:

~ Chí tiết được tao hình đồng nhất về vật liệu (so với hàn nối ông)

~ Giảm khôi lượng chủ tiết so với công nghệ truyền thông

~ Tăng cường cơ tỉnh của chỉ tiết dập

~ Đạt được độ chỉnh xác kích thước cao và giảm biển dang din hỏi

~ Giảm chỉ phí chế tạo khuôn và giám số nguyễn công tạo hình

~ Tạo hình được các chủ tiết rỗng cỏ hình dang phức tạp

Nhược điểm:

- Tang chi phi dau tu cho các thiết bị thủy lực: bộ tăng áp, xilanh đọc true

~ Khỏ tao hình các chỉ tiết rồng với biên đang mặt cắt theo đường trục có sự thay đổi đột

ngột và mức độ biến dang lớn tại các vi trí vuông góc với đường trục trong không gian

Ung đụng: Với những đi hỏi về vẫn đề giãm tiêu thụ nhiên liệu, tăng mức đồ an toàn khi

va chạm của các phương tiện vận chuyển nên công nghệ đập thủy tĩnh phôi ô ông đang được ứng

đụng nhiễu nhat trong công nghiệp chế tạo oto, tau cao toc, hang khong vũ trụ, công nghiệp

quốc phỏng Ngoài ra công nghệ này cũng được tmg dung pho bien để sản xuất các chỉ tiết dùng,

trong thiết bị nhà tắm, công nghiệp hỏa chất, hảng tiêu dùng [15, 21, 25, 55, 59, 60, 90]

1.2 Tổng quan về kết quả nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tắm

Những năm gần đây, công nghé dap tao hình bằng chất lòng cao áp được sứ dụng nhiều

trong chế tạo các chủ tiết của ö tô, các chỉ tiết quân tư trang trong quân đôi, hoặc các chỉ tiết

trong y tẻ, hóa học, .v.v Công nghệ nay xuât hiện khả sớm từ hơn 100 năm trước với mục đích

chế tạo các chỉ tiết nôi hơi, một sô chủ tiết trong các nhạc cụ, công cụ leo núi [57, 60, 90] Tuy

vậy, những vân đề cơ bản của công nghệ đập tạo hình bằng chất lỏng cao áp chỉ được công bộ

sau những năm 1940 Gần hơn, cách đây 30 năm, công nghệ này được sử dụng trong đập phình

9

các chủ tiết của xe đạp [92], c&o ông nỗi [36] và các chỉ tiết rỗng đơn giản Với sự phát triển của phương tiện vận chuyển, việc giảm rihọ khối lượng của các chủ tiết trong ô tô được chit (rong

nghiền cứu, do vậy, công nghệ dập lạo hình: bang chat lông cao áp cũng được thúc diy nel

cửu sâu hơn Những ứng dụng dầu tiên cũa lĩnh vực nảy được ap dung ở châu Âu va Bắc Mĩ và nhanh chóng mở rộng ở những đất nước này Dến những năm 1990, còng nghệ này Dắt đầu tro niên phô biên hởi ngành công nghiệp ôlô bái đầu phái triển manh ở Tlos Kỷ, việc sản xuất các chỉ tiết ông dẫn chữ T (Tfitingx) sử đựng công nghệ đập bằng chất lông cao ap đá được my

đụng rất phố biển và sau đó công nghệ này dã bắt đâu phát triển mạnh [24, 42, 43,44, 56, 57,

73, 70| Tại Nhật Bán, công nghệ dập tạo hình bằng chất lòng cao áp được ứng dụng vào chế tao các bộ phận, chỉ tiết của ô tô từ những năm 1999 [69, 75] Ngoài ra, Nga cũng là môi trong nước những đân tiên nghiên cứu và đưa ra rihfững giáo tình về nguyên lý, cơ sở tính Loin trong công nghệ đập lạo hình bằng chất lỏng cao áp [14, 15, 17, 19] như: đập bằng cao su và chất lông Một quốc gia khác cân kế đến khi nói vẻ lĩnh vực đập bằng chất lỏng cao áp là nước Đức Hàng loạt các công ty như Anton Bauer, LIydrap, Sehuler, Siempelkamp Pressen Systeme va các trường đại học đá cỏ nhữmg nghiên cứu và tĩng đụng mang tỉnh đột phá trong việc chế tạo

cáo chủ tiết Tiên quan đến phương liện vận chuyển [25,28, 38, 15, 54, 60, 76, 78, 84, 97, 98]

Với lốc độ phát triển nhanh của khoa học công ngh:

vẫn là những nước di dầu trong việc nghiên cứu, khai thác và ứng dụng céng nghệ đập băng

chất lông cao áp này vào sẵn xuất Ở châu Á, các nước như Nhật Tiân, Tàn Quoc, Trung Quéc

cũng áp dụng công nghệ nảy vào sản xuất |44, 58-60, 62, 84, 90, 91, 95, 99, 100] Các tap đoàn lớn như Toyota, Honda, Nissan hay Huyndai đã ứng dựng rất nhiều nghiên cứn về công nghệ đập bằng chất lông cao áp vào chế tạo các chỉ tiết của ôtô Như vậy, chúng ta có thể thấy công

nghệ đập bằng chất lỏng cao áp đã có một lịch sử phát triển lâu đời, được rất nhiều quốo gia

quan tâm nghiên cửu và hiện dang là xu hướng phát triển mạnh trong tương lai

Nước Nga được xem la quốc gia đi đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ DTT, áp đụng cêng nghê này trong các ngành công nghiệp hàng không, vũ trụ, đãn đựng Điễn tình đi đầu trong nghiề cơ bản và nhiều công bổ khoa học nhật thuộc về các trường Đại

ia Tula, Dai hoe Bach Khoa LeninGrad, My va CHLB Đức cũng nghiGs cứu rất nhiên về công nghệ DIT va phuc vu chit yéu cho phát triển công nghiệp 6 t6, cơ khí giao thông Các định hướng nghiên cứu của châu Án và Mỹ chú yêu tập trung vào các phương, pháp đập, ảnh hướng của các thông s6 cong nghệ cơ bản, các thiết bị chuyên dụng và hệ thông

điều khiến dễ có thẻ đập dược những chỉ tiết có hinh đạng phức tạp, kich thước lớn và từ vật

liệu thép |30, 65, 67, 83, 49, 85, 89, 96]

Tai chdu A, di đầu trong nghiên cứu và ứng dụng lĩnh vực nảy lá Trung Quốc, Hàn Quốc,

Nhật Bản Các định hướng nghiền cửu của châu Á có phần thiên về nghiện cửu tạo hình thuỷ

Tĩnh với các vật liêu khó biên dạng như tran, magie, thép không gỉ và một số kim loại màu khác

ia

[22, 27, 40, 49, 51, 80] Cac két qua nghién ctu chi yéu ứng dựng trong công nghiệp điện tử,

sẵn xuất vỏ, khung thiệt bị và mội phần ứng dụng Irong công nghiệp đân dụng

Qua kháo sát các tài liệu, bài báo công bổ trong vòng 30 năm qua và đặc biệt trong 5 năm trở lại đây có thể tổng kết, các nhà khoa học trên thể giới lập trưng vào các vân dé sar

- Công nghệ và các thông số cơ bản: nghiên cứu ánh hưởng của các thông số đầu vào

(vật liệu pla kích thước hình học của phôi, khuôn lực chặn, mua sil) dén qua tinh (ao hinh, trạng thải ứng suất vá biển dang; các dạng khuyết tật sản phẩm, nghiền cứu mô phòng số để tối

tru các thông số công nghệ:

- Các phương pháp tạo hình: các nghiên cửu vẻ DTT thông thưởng, đập tạo hình phôi tắm đơn, cặp phôi tâm; DTT có kết hợp gia nhiệt; DTT kết hợp sỏng rưng động

- Phát triển thiết bị và khuôn: các nghiên cứu vẻ thiết bị chuyên dụng, thiết bị có điều khiển, hệ thông điều khiển quá trình; khuân có hệ thông chặn đàn Hồi, hệ thông chàn toa độ, khuôn có bê mặt đặt biệt,

- Vật Hệu sử dụng cho DTT: bao gằm các nghiên cứu liệu phổ biển trong công anphê đập, vật liệu kim loai mau, vat liền khỏ biên đang, nghiên cứu về mỗ hình thuộc tính vật

'Xây đựng lỷ thuyết về công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp, tác đựng trên bể mặt của

phôi phôi kim loại biển đạng theo hình dạng của khuôn đã được nghiên cứu tù trước năm

1960 và phát triển mạnh từ sau năm 1990 Các nghiên cứu tập trung vào tao hình vật liệu tâm đơn trong đó đề xuất sơ đồi công ghÊ, trang thái ứng suất, biển dang ở cáo vùng bién dang khác nhau trên tâm [29, 41, 68, 72, 74, 86], phân tích và phát hiện khuyết tật sản phẩm như nhãn trên vành, biển mông vật liệu quá lớn gầy rách ở những vùng kim loại khó điện đây Các kết quả nghiên cứa được kiểm nghiệm và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất với từng trường hợp cụ thể

(chủ yếu trong giao thông, 6 tô, hàng không)

Điện hình ở Dức, tác giá M Kleiner, W, Homberg |66 | và Taylan Altan [93, 94| đã nghiện cứu nguyên lý của công nghệ I7TT và cáo giai đoạn tạo hình như: giai đoạn đóng khuôn, biển dang fr do của phôi và cuối cùng là điền đây lòng khuôn Các giai đoan tạo hình cfing như các thông số công ngi ð¡ là những kiến thức nên tàng, Tử đó, hàng loi

nghiên cửu của nhiều tác giá khác trên thé giới khai thác lý thuyết cơ bán, cụ thể hoá cáo yêu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình như lực chăn, áp suất chất long công tác, mite 46 bién dang trong từng giai đoan Nhiều tác giả đã đua ra công thức giải tích, công thức thực nghiệm đã xác định các thông số công nghệ, đua ra những nihận định quan trọng như: khi lực chặn tăng, phối

ị giữ chất trần vành cói, kim loại khó kéo vào lòng khuôn nên quá trình biên dạng chủ yêu là biên dạng kéo và biến mỏng của phôi tắm, hay ap sudt chat long công táo tăng sẽ lảm kim loại nhanh chóng biển dạng và điền đây lòng khuôn, áp suất này phụ thuộc vào vật liệu, hỉnh dạng khuôn và lực chặn Trạng thái ứng suất và biển dạng được xem là qum trọng, đặc biệt ở những

vị trí biên đạng điển đây góc lượn nhỏ của lòng khuôn và đỏ là trang thai ủng suất nén, biến

Trên cơ sở trạng thải ứng suất, biên đạng có thê xác đính các thông số công nghệ và thiết kế

khuôn sao cho giảm thiểu các vùng nguy hiểm trên phôi

Bên cạnh đó, nhiều nhà kỹ thuật cũng nghiên cửu đề giải thích các thông số công nghệ

còn phụ thuộc vào mức độ biến dạng phôi và hình dạng của khuôn Erkan Onder và A Erma Tekkaya [32] (hình 1.9) đã nghiên cửu xác định và tôi tru các thông số công nghệ đầu vào như

ap suât chât lỏng lòng côi, lực chăn trong các trường hợp mặt cắt ngang của côi có các dang

tròn, elip, vuông, chữ nhật với vật liêu phôi thép Các tác giả cũng phân tích biên đang trong các trưởng hợp tỷ lệ giữa chiều sâu côi với kích thước miệng côi và với góc lượn

Hình 1 9 Sơ đồ nguyên lý các trường hợp đập tạo hình (a) và mặt cắt sản phẩm (b) [32] Dựa trên các nghiên cứu mô phỏng số và phân tích trên cơ sở đường cong biến dạng tới

hạn, các tác giả đã đưa ra hệ số dap vuôt Be= Az/ Am với A› là điện tích phôi ban đầu, Anla

dién tich mat cat ngang của chày hoặc côi Tiết điện phôi ban đầu phụ thuộc vào chiêu cao của

sản phẩm hay độ sâu của côi Việc khảo sát được thực hiện với =1 75, 2.00 và 2.25, sản phim được khảo sát khi điền đầy được bán kinh gỏc lượn của côi và đạt được chiều cao thiết kê Với

trường hợp mặt cắt ngang là elip, hệ sỏ đập vuốt B = 1.75 và 2.00 sản phẩm được tạo hình thành công, khi B = 2.25, san pham bi rach ở đáy

Tương tự đôi với trường hợp mat cat ngang hình chữ nhật, hình vuông tác giả cũng khảo

sát trưởng hợp j= 2.25 tìm ra mỗi quan hệ giữa các cạnh của hình chữ nhật, chiều sâu côi, chiều

dày vật liêu ảnh hướng tới khả năng đạt được bản kinh góc lượn cỏi Nghiên cứu chi ra rang, công nghệ DTT chỉ tao hình sản phẩm thành công trong trường hợp bản kính góc lượn đây côi

tương đôi lớn tử 10 lần chiều dày vật liệu trở lên để đảm bảo vật liệu không bị biển mong mãnh

liệt gay rach day Bán kính góc lượn miệng côi không ảnh hưởng nhiều đến quả trình, sản phẩm

luôn ôm sát miệng côi và tạo được bản kính góc lượn theo yêu câu, tuy nhiên cũng phải đảm

bảo không quá nhỏ (nhỏ hon chiéu day) 48 dim bảo kim loại không bị phá huỷ khi kéo qua góc

lượn miệng côi Tuy bản kinh góc lượn tương đổi lớn, nhưng áp suât chai long tao hinh ciing lên tởi 40 Mpa Nếu áp suất tăng cao quả phôi sẽ bị rách trước khi điền đầy góc lượn

Tac giả C Palumbo và cộng sự [37] cũng nghiên cứu kích thước khuôn và đưa ra nhận đình côi có hình dang phức tạp thì khả năng tạo hình sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào mỗi

quan hệ hình học của khuôn cũng như bản kinh lỗi, lõm trên bề mặt đáy khuôn

Nhiéu công trình nghiên cứu cũng chỉ ra ma sát giữa phôi và vành cổi, chăn đóng vai trò quan trong trong DTT bởi ma sát nhỏ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phôi kéo vào côi, không gây

12

ra hiện tượng biển mỏng mãnh liệt của phôi và bù được kim loại vào các góc lượn côi Hệ số

ma sắt thường được áp dụng trong tính toán năm tử ạt = (0.08z0.25) Tuy nhiên, lực ma sát còn

phụ thuộc vào lực chăn trên vành và cách bôi trơn Liu wei củng các cộng sự [64] đã nghiên cửu ảnh hưởng của lực chặn khi dap vật liêu DC04, chiều đày 1.0 mm, chỉ tiết hình cầu đường

kinh 100 mm và chỉ ra lực chặn thay đổi trong quả trình tạo hình và quan tâm đền lực chặn lớn

nhất đề đảm bảo kin khít, không bi mat ap nhưng vẫn đảm bảo được việc kéo kim loại vào côi

Kết quả nghiên cứu đưa ra các giả trị của lực chặn có thé dan tới sân phẩm bị nhãn (Q<400 kN),

rach (Q>700 KN) và đưa ra lực chặn tôi wu (Q = 420 KN — 680 KN) (hinh 1.10)

Tình 1 10 Đường lực chăn tối trà đối với chỉ tiết câu [64]

Các dang hỏng trong quá trình như nhãn, nứt, rách, đàn hỏi lại làm sai làch kích thước

cũng được nhiêu nhà kỹ thuật quan tâm, phân tích nguyên nhân [34, 64, 86] và đưa ra giải pháp

(hình 1.11) Nguyên nhân nhăn chủ yêu do lực chặn nhỏ, rach do mức độ biển dang quả lớn,

nhưng cũng cỏ liên quan đền khả năng biên đạng đẻo của vật liệu [40, 57] Dựa trên mô phông

số, các tác giả lựa chọn được thông số công nghệ phù hợp đề khác phục hiện tượng nhãn và rách Nâng cao khả năng biển dạng của vật liệu, đặc biệt là biến dang kéo chủ yêu được nghiên

cứu thông qua thực nghiệm [20, 81] Khi thực hiện nghiên cứu các tác giả thường lựa chon hinh

dang chi tiệt điển hình như trụ, hộp chữ nhật [54]

Rách ¬

Hinh 1 11 Hién trong: rach (a) nhăn (bì trong quả trình DTT [64]

Đàn hỏi lại chủ yêu liên quan đền bản chất vật liệu do ứng suất dư xuất hiện [23, 54] Tuy

nhiên tác giả Kleiner [54] đã chứng mình ảnh hưởng của áp suất tạo hình đền ứng suất dư trên

sản phẩm, áp suât tạo hình tăng thì ứng suất dư sẽ giảm, qua đỏ nâng cao độ chính xác sản phẩm

đập Trong nghiên cứu của Bruni [23], tá giả đã trình bày các kỹ thuật đề xác định ứng suât dư

13

va bién dang dan hoi thong qua danh gia tin hiệu phản hôi của tia X và phương pháp cắt laser,

sau đỏ đo trên máy đo 3D của hãng GOM (Đức) Một số nghiên cửu của các tác gia khác cũng

nhận định tuong tu rang bién dang dan hoi giảm khi tăng ap suất tạo hình hoặc tăng ma sát giữa

phôi và vành chăn [97, 90]

Nghiên cứu xác định các thông số hình học vả công nghệ thường được các nhà kỹ thuật

tiển hành bằng MPS để tiết kiệm chỉ phí và cho kết quả phân tích, nhân định ban đầu tương đôi

chỉnh xác|32, 37, 64] Tae gia Daniel Koller và Stefan Ulbrich cén str dung MPS nhw mot cong

cụ hữm hiệu để tôi ưu tham số điều khiển quả trình DTT [26]

b) Cúc nghiên cửu về phương pháp tao hình

Trong các công trình công bỏ [37, 68, 72, 74, 86, 97], nhiều nhà kỹ thuật đŠ xuất phương

an dap cặp chỉ tiết, biên dang theo 2 lòng khuôn trên vả khuôn đưởi đề tiết kiệm năng lượng

đồng thời nâng cao năng suật, cũng như độ chính Xác của sản phẩm lắp ghép Tuy nhiên, các nghiên cứu vẻ tạo hình cặp tam chủ yêu được phát triển và tỉnh toán thông sỏ công nghệ, trạng

thải ứng suất biển dạng đựa trên đập tâm đơn

Đề nâng cao kha nang tao hình của phương pháp, nhiều tác giả đã để xuât và triển khai

đập kết hợp với gia nhiệt cho phôi, điều này khá hiệu quả đổi với tạo hình vật liệu kim loại màu

[21 56, 60] Các tác giả cũng minh chứng được khi tặng nhiệt độ từ 100-300°c những vật liệu

như nhôm và magiê thi độ giãn dài có thể tăng lên đến 300% Phôi có thể được gia nhiệt trên

vành hoặc áp dụng công nghệ đập đẳng nhiệt để gia nhiệt trên toàn bộ phôi Việc gia nhiệt sẽ

giảm được lực chân và äp suất tạo hinh [56] (hinh 1.12)

Viện nghiên cứu Fraunhofer (Đức) đã thiết ké ché tao hé thong gia nhiệt di dong sử dụng

trong qua trình dập tạo hình thủy lực, hệ thông này có thể gia nhiệt lên đến 330° vả tạo ra ap suất tạo hình đến 800 bar [61, 75] Quá trình tạo hình có gia nhiệt mở ra khả năng tạo hình các chỉ tiết tử các vật liệu nhẹ như hợp lảm nhôm, ma gig, titan với mức độ bien dang tang, giảm

lực đóng khuôn, giảm áp suât tạo hình, tăng hê số đập vuốt, nâng cao độ chính xác bình dang

{335 56 61, 68]

Nhằm tăng mức độ biển dạng của các vật liệu khỏ biển dạng, giảm áp suất cân thiết trong

14

long côi một phương pháp mới được nghiên cửu và thứ nghiệm là sử dụng nguồn chất lỏng cao

áp rung động (sóng va đập thủy lực) Phương pháp này tạo ra nhữ a lực kéo

phôi vào trong côi đo giảm ma sát giữa phôi và côi Áp suất tạo hình tương đối thập, thường

nằm trong khoảng từ 5 — 30 MPa

Hình 1 13 Hệ thông gia nhiệt trong quả trình đập bằng chất lỏng áp suất cao [35]

_ Để nâng cao hiệu quả và tạo hình được các chỉ tiết phức tap, phương pháp DTT côn được kết hợp với đập vuốt thông thưởng để tạo ra phương pháp đập thuỷ cơ [52]

©) Phat triển thiết bị và khuôn trong công nghệ DTT

Thiết bị sử dụng trong dap bang, nguồn chất lỏng cao áp thường phức tạp và đỏi hói có sự

chuyên dụng và có khả năng dieu khiển được các thông số công nghệ Tác gia Lince P Sunny,

Taylan Altan [63, 94] mô tả thiết bị sử dụng trong DTT phôi tám gom máy ép thuỷ lực đẻ đóng

khuôn tạo lực chan, hệ thông | bơm chất lỏng và tăng áp, các hệ thông điều khiển được tích hợp

để đo và thay đổi các thông số công nghệ phụ thuộc vào hành trình (hình 1.14).

Hinh 1 14 So dé nguyén ly hé thong ture nghiém céng nghé dap thity fĩnh tẩm [94]

bị chuyên dụng rat được các trường đại học, viện nghiên cửu trên

Việc phát triển

Đức, hệ thông thiết bị hoàn chỉnh đã được nghiên cứu và triển khai

thể giới quan tâm, đặc biệ

công nghiệp [52] (hình 1.15)

Duy trì môi trường

` âm việc Nguồn điện

cho thủy lực

Hình 1 15 Hệ thẳng thiết bị DTT điều khién theo chương trình [52]

Song song với phát triển hệ thông thiết bị, nhiễu nhà kỹ thuật chú trọng phát triển khuôn

có hệ thông chặn thông minh [24, 88] trong đó trên bê mặt chặn có gan các sensor để xác định chuyển vị vành phôi phôi, từ đó điều khiển lực chặn, áp suất chăn sao cho phù hợp, vừa tao điều

kiện thuận lợi cho biền dạng phôi trên vành, vừa đủ để làm kín khít, trảnh làm rò rỉ chất lỏng

gay mat áp Các hệ thông chặn áp dụng công nghệ chăn toa d6, chăn đàn hỏi, chăn chủ động, bị

động [25, 39] (hình 1.16, 1.17)

16

Hệ thống chặn đa điểm Hình 1 17 Hệ thông chặn chủ động điều khiển hành trình [25]

cấi

Khơng điều khiển giộng làm kín Điều khiển giộng làm kin

tình 1 1S Sơ đồ điều khiển áp lực gioăng làm kín [25]

Việc điều khiển kin khít cịn được thực hiện trực tiếp ngay trên gioăng, khi đỏ lực chăn

trên phân vành sẽ giảm, vành phơi khơng bị nhãn và mức độ biên mỏng phơi cũng giảm đi (hình

1.18)

Klaus Siegert và các cơng sự [52] minh chứng hệ thơng chặn điều khiển cĩ thẻ làm giảm biển mỏng từ 6 đến 119% so với sử dụng tâm chặn cứng, qua đỏ nâng cao khả năng biên dạng, vật liệu, tăng hệ số dập vuơt

Kết câu khuơn, bè mặt khuơn đặc biệt là độ nhám bê mặt cũng ảnh hưởng nhiều đến khả

năng tạo hình vật liệu (82, 86, 89] R Krux đã nghiên cứu với thép DC04 day Imm, ap suất tạo

hình P,= 20MPa trong hai trường hợp bẻ mặt cơi cĩ cầu trúc khác nhau Trường hợp 1 mặt cơi

với đơ bĩng Ra = 0.48Iam, RZ = 2.35 Jưn Trường hợp 2 bè mặt cối với các gân với chiều rộng 0.735 mm, sâu 0.07mr, khống cách gân 2mrn Thí nghiệm chỉ ra răng câu trúc bề mặt cơi cũng

như áp lực chặn cĩ ảnh hưởng rất lớn đền chất lượng bề mặt sản phẩm (hình 1.19)

s<sSsss®©

Hình 1 19 Bề mặt cối ảnh hưởng tới khả năng kẻo phơi vào trong cối [S2]

Kết quả thực nghiệm cho thây kết câu cơi cĩ gân làm giảm sự kéo phơi Vào trong cơi đo

ma sắt lớn và ảnh hưởng của câu trúc bê mặt cồi trong trưởng hợp cĩ gần lớn hơn: rất nhiều trong

trường hợp khuơn thơng thường khi áp lực trong xi lanh chặn Pon = 2.0 to 4.0 MPa

4) Về vật liệu sử đụng trong cơng nghé DIT

Cĩ nhiều nghiên cứu về các loại vật liêu sử dụng trong cơng nghệ DTT như thép, nhơm,

hop kim nhơm, đơng, [40, 41, 50] các loại vật liệu khĩ biển dạng như thép khơng gi, hợp kim

magie, titan [31, 48, 52, 53] Các nghiên cứu đã chỉ ra cơng nghề DTT phủ hợp khi tạo hinh

các loại vật liệu này.

1.2 Tại Việt Nam

"Tại Việt Nam, công nghệ dập tạo hinh bằng nguồn chất lóng cao áp đã được cáo nhá khoa học quan tâm và nghiên cứu từ 15 năm trở lại đây Các nghiên cứn chủ yếu tập trung vào kháo sát quá trình dập tạo hình thủy tính phối ông và quá trình đập tạo hình thủy cơ Những nghiên cửa này chú yêu khảo sát khả năng công nghệ và xác định các thông số cơ bản của quá trình và được thực hiện thông qua các đề tải cấp Nhà nước, cấp Bộ, các luận án tiền sĩ, luận văn thạc sĩ [3-9, 13, 15] Công nghệ IDLT zuới được cáo trường đại học lớn quan tâm như Dại học Bách Khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuậi quân sự

Nhóm nghiên cứu đề tài cập Nhà rước rnã số KC.05.19 (2002-2004) [5] đã tiên hành thiết

Thông sông nghệ đập thủy lĩnh thành công các chỉ tiết lù phôi ông, đây là để tài đầu tiên nghiên cứu về công nghệ đập băng chất lông cao áp tại Việt Nam

Nhóm nghiên cửu để tài 01Œ-01/07-2008-2 [3] đã nghiên cũu, tết kế hệ thông công nghệ đập thành công chỉ tiết trụ 3 lớp kim loại và chỉ tiết dạng phúc tạp (bình xăng xe Honda) băng công nghệ đập thủy cơ, mở ra hướng nghiên cứu triễn khai ứng đụng công nghệ nảy vào thực tế

trình dập tạo bình vật liệu tâm sử dụng chày chất lòng cao áp”, để tài đã buộc đầu nghiên cứu

ảnh hưởng của các thông số công nghệ rửm: lực chặn, áp suất (ạo hình trong qui trình tạo hình thủy tĩnh phôi tâm

Tai cde trường đạt học và n cứu, Tinh vực đập băng chủ! lông cao áp ong được

chủ ý đến trong những năm gần dây Luận án của TS Nguyễn Văn Thánh [3| thực hiện đã

nghién cứu và xác định môi quan hệ tương hỗ giữa các thông số tao hình, xây dụng miễn làm

việc và mnô hình toan học mất quan hệ thông số công nghệ trong quá trình đập thủy cơ Nghiên cứu này cho thấy sự khác nhau giữa công nợh à dập thủy tính cũng như lĩnh vực

img đựng của nó Luận án của TẾ Lê Trung Kiện [8] đã tiền hành nghiên cứu về quả trình tạo

Tình thủy nh phôi tâm đơn chỉ tiết dạng bản cằu, nghiên cứu các ảnh hướng cúa áp suất, lực

chăn đến quá trình tạo hình Luân an ctia TS, Dinh Van Duy |3] kế thừa và cu thé hóa mỗi quan

tệ giữa một số thông số công nghệ trong quá trình DTT phi lâm cặp KẾI quả của các luận ấn

có tính đươn khảo cao

vẫn còn rất mới mẻ, những nghiÊn cứu trên mới chỉ ở giai đoạn ban đầu, vẫn còn nhiều vẫn khoa học cần được nghiên cửu sâu hơn nữa

1.3 Phin tich dank gid các nghiên cứu hiện nay

Khảo sắt các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thể giới cho thầy công nghệ DTT da dang, co nhiều ru diễm trong ứng đụng công nghiệp Tuy nhiên rat nhiễu thông số công nghệ, thông số khuôn ảnh hướng đến chất lượng sản phẩm cũng như khá năng công nghệ như lực chấn, ap suất tro hình, mạ sắt, nhiệt độ, hình đang kích thước khuốn Các thông xố này thường có mỗi quan Hệ với nhan và cần phải xác định một cách chính xác để có thd Iya chon

được chế độ tạo hình tôi ưu cũng như lụa chọn thiết bị và lập trình điều khiển cho quá trình tạo tình Cóc thông số này thưởng khó xác định bằng phương phóp giải tích, mà cân có phương phúp phù hợp như kết hợp phân tích lý thuyết, mô phỏng số và thực nh

- Xây dựng sơ đề, nguyên lý quá trình DTT, các trạng thái ứng suất, từng suất đự; các hiện

tượng hỗng của sin phan,

- Xác định ảnh hưởng của áp suất chất lông tạo hình tới việc †ạo hình sản phẩm dạng bán

cau, dang cau,

- Xác đỉnh ảnh hưởng của hễ mặt cối, ma sát trong quá trình tạo hình;

- X4e định ảnh hướng của vật liệu: đồng, thép, titan, magie, nhôm trong qua tinh DIT;

- Dã có những nghiên cứu về các phương pháp DYIFT' nhằm làm tăng năng suất cũng nhì khả năng tao hình như đập cặp chỉ tiết, DTT ết hợp đập vuốt thuông thường, DTT kết hợp ĐTC; phương pháp gia nhiệt trong quá trình DTT phối lâm

ây dựng được hệ thông chắn théng mink, điều khiển theo hành trình, hệ thông chăn đảm hồi nhằm làm tầng mức đệ kéo phôi trong quá bình TT,

Những vẫn đệ chưu được khơi thác rõ hoặc chưa được nghiên cứu ban gẫm:

- Đôi với chỉ tiết đang trụ, cơ chế tao hình khác so với chỉ tiết đảng cầu, tuy nhiên chưa

có nghiên cứu nào lầm rõ vẫn để ráy,

~ Chưa có công trình nêu làm rõ mỗi quan hệ giữa các yên tổ về thông số công nghệ, hình dang hinh học côi tới khả năng tạo hình sản phẩm trọ một cách khải quát, cụ thể

~ Mỗi lưỡng quan giữa các yêu tổ công nghệ với nhu trong tạo hình chỉ Hết đạng trụ chưa

có công trình nào trình bảy một cách rõ ràng;

~ Ảnh hưởng của cáo thông số về hình đạng hình học khuôn đã có mội số nghiên cứu, ty

nhiên nghiên cửu vẻ chiều säu tương dỗi của côi tới khả năng tạo hình sản phẩm chưa dược nêu

TỐ,

~ Bán kinh miệng côi đã có nhiều công bỗ, tuy nhiên chưa có công bố về ảnh hưởng của bản kính đầy côi tới khá năng tạo hình của săn phẩm;

- Tại Việt Nam, việc thiết kể, xây dựng, chế tạo hệ thông khuôn dập tích hợp với bê thống,

do có khả năng triển khai thực tiến là vẫn đề rit quan trọng đề nghiên cứu công nghệ FT, tny niiền cũng chưa có hệ thông thiết bị phi hop che DTT chi tl trụ,

'Tử những phân tích và nhận định trên, trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án nãy, tác giả sẽ lập trung nghiên cứu xác định ruối quan hệ gia các thông số công nghề và thông số binh học côi tới khả năng tạo hình va chất lượng sản phẩm trong DTT phôi tam

khuôn nhờ thiết bị cấp chất lỏng và kênh dẫn trên tâm chặn Áp suất chất lỏng tăng dan, tac

tạng vào bễ tất phôi lâm làn phôi biển đạg, biều thmg tự đo cho đến khi tiếp xúc với đầy côi Chả lông tiếp tục tàng áp suất ép phôi biển dạng theo các vị trí góc lồi lô trong lòng cối Quả trinh này kết thúc khi phối tắm điền dây hoàn toàn lòng cối và hình thành sản phẩm dập có biên đang và kích thước theo hình đạng và kich thước của cối

Như vậy, quả trình DTT phôi têm có thể chia thành 3 giai đoạn chính:

- Giai doạn 1; đóng khuôn Phôi tâm được dịnh vị và kẹp chặt giữa vành cối và tắm chặn nhờ lực chặn, sau đó chất lởng được bơm vào khuôn, tác dụng vào bể mặt phôi tâm

- Giai đoạn 2: tao hình tự do Phôi tầm bị kéo vào lòng cối dưới tác dung cúa áp suất chất lỏng, phôi phông lên và hình thành dang chém du,

- Giai đoạn 3: điên đầy lòng khuôn Áp suất chất lỏng tăng cao, đủ lớn để ép phôi kim loại bign dạng vào cáo vi trí góc lượn đáy cối và tao ra hình dạng sẵn phẩm

Theo so dé biểu diễn và phân tích các giai đoạn tạo hình, có thể thầy những thông sở cơ bản sau đây ảnh hướng đến quá trình tao hình phôi tâm:

- thông số công nghệ:

~ Ap suất chất lỏng công tác Pu làm phôi biến đạng theo biên dang lòng cối Như vậy, áp suất chất lông sẽ tăng dần làm phải biển dạng tự do cho đến khi phôi điện đầy lòng cối Thục tế cho thấy, giá trị áp suất tạo hình là thông số phụ thuộc áp suất chặn Nghĩa là với một giá trị áp suải chặn xác định, chỉ tồn tại mội giá lrị áp suÃI tạo hình cao nhật có thể

~ Thông số cơ học của khuởn (chủ yếu là mô địm đàn hỗi vật liệu khuôn, độ bên khuôn)

"thông số cơ hoe ola vật liện, trong đó đường cong chày của vật liệu thể hiện Thuộc tinh tiễn đạng của vật liệu được cơi fa quan trọng nhất

Biên dang phéi, kich thước và chiều dây phối

a

Hình 1 20 Sơ đồ quả trình DTT phôi tắm

Để đánh giá được ảnh hưởng của các thông số công nghé nay, cần thiết phải

sở lý thuyết của bài toán DTT tức là phân tích ứng su

lực chặn trong các giai đoạn biến dạng khác nhau

1.4.2 Giai đoạn biển dạng tự do

Giai đoạn biến đạng tự do được bat, đầu từ khi phôi bị phòng dưới tác đụng của áp suất

chất lỏng cho đền khi phôi chạm vào đây côi (hình 1.21)

Pp

khảo sát cơ , biển đạng, áp suất chất lỏng tạo hình,

Hình 1 21 Giai đoạn biển dang te do [77]

Vũng phôi bị kéo căng tự do, ứng suất xuất hiện trong phôi do áp suất chất lỏng tác dụng

Vào bề mặt phôi Vùng phôi trên vành bị nén dưới tác dụng của lực chăn và có trạng thái ứng

suất, biển dạng tương tự như dập vuốt truyền thông

Có 4 vị trí cần khảo sát t rong giai đoạn này như trên hình 1.22, trong đó điểm A trên vành

phôi, B tại vị trí mép cöi, điểm C và P nằm trên phôi đang biển đạng tự do với P là vị trí đỉnh chóm câu có mức độ biền dạng lớn nhật

2

Hinh 1 22 Céc vimg biển dạng trên phoi [15]

Khảo sắt bài toán theo hệ toa dé chink (0, 1,2,3) trong đó phương 1 tương ứng với phương phôi kim loại kéo vào lòng khuôn, phương 2 theo phương của lực tác dựng (như trong dập vuôt

truyền thẳng) hay phương của lực chặn, phương 3 theo phương tiếp tuyến Linh L.23 biển điển

trang thái ứng suất và biển dạng của vành phôi, vùng biển đạng tự đo và vừng phối chạm đầy

“ng ti liên ng giành Teg APR tình sagt diy ey r<R<R

Tình 1, 23 Trang thái ứng suất và biên đạng của phôi trong DIT phéi tim 186)

Vành phải, điểm ⁄1

"Trên vành phôi, ứng snắt ø: xuất hiên đo phối kim loại bị kéo vào Tòng Khuôn, ứng suất ø-

đo tâm chặn tác dụng lực nién lân vành phối, từng suất ø; la ứng suất nén trên vành, ứng suất này

aây ra nhăn phôi trên vành Đỗi với DTT cân lưu ý thành phản ứng suất ơ› bối nêu gây ra nhăn

sẽ tạo ra khe hở giữa phôi và chắn làm cho chất lỏng trong lòng khuôn trảo ra ngoài và bị mắt

"Trong đó:

-_ m]à hệ số ma sát giữa phối và tắm chặn, phối vả vành côi;

- ørlã ứng suất chảy cửa vật liệu,

- _ z là hệ số hiệu chỉnh,

- P„]ä áp suất trên vành phôi dưới tác dụng của lực chặn Qa’;

- _ 8;là chiêu đây phôi,

"trên vành, phôi có thể bị biến dày Biến đang tuân Theo môi quan hệ sau [11]

‘Trang thai ứng suất, biến đạng của vùng này tương tự như đập vuốt truyền thông Tại điểm

B, ứng suất ơ: đạt giá trị lớn nhất khi phôi bị kéo vảo lòng khuôn

R,

ng biển dựng te do, diém C: Phôi bị tiễn dạng kéo cling đười tác ôm của ấp suất Pa,

bị biển mông có ngiữa là chiêu dày phêi giảm đi Giá trị biển rnöng sẽ lớn nhất tại điểm P Giá

8; là chiều dày tại điểm P,

p; là bản kính cong ở thời điểm xét như bình 1.24;

‘Tai vi tri P trong giai đoạn biển dạng lự do, giá trị ứng suất ơị đại đến giới hạn chảy, sự phá hủy (ác) sẽ xây ra khi biển mông quả lớn Hiện tại, chưa có ruột công thức giải tích nào cho phép xác dịnh chính xác giá trị biển mỏng, Tuy nhiên, ta cỏ thể phản tịch bài toán và xác định trong trường hợp coi phải không bị kéo từ vành vào lòng khuôn

24

Hinh 1 24 Quả trình biển dạng tự do của tẩm [77]

Xét tại điểm P bắt ky trên vùng tâm bị phỏng, có thẻ xác định biển đạng thông qua các quan

hệ hình học của bài toán:

Ở cạnh ngoài tâm coi như được cô định Ta khảo sát trong trường hợp tam biên dang theo

hình chóm cầu, như vậy cỏ thể coi biến dạng theo vĩ tuyến và kinh tuyên bằng nhau tại mọi

điểm P Theo định luật bảo toàn thể tích ta có:

Inj =In—_ +

Ta duge

-tne-tn(o+ Joa" }+C> c-ln(e+ fea}

Do 46, bin kinb t9 dirge axe djnt nur san:

Từ đó, có thê xác định được áp suất cần thiết để tạo hình trong giai đoạn biến dạng tư đo

đựa trên diễu kiện cân bằng tại đỉnh chêm cầu

1.4.3 Giai đoạn điền dây làng cối

Phôi tắm dưới tác dựng của áp suất chất ting long cdi bi nén, ép sảt vào biên đạng của Tong efi, dién day các vị trí góc lượn, hay những vị trí lỗi lõm của lòng oỗi

áp suất chất lông sẽ lớn hơn nhiễu bởi phải cần thêm một áp lưc để thẳng lại cân trở của kim

26

loại biển dang vào gĩc lượn nhỏ Áp suất này sẽ rất lớn nêu bán kinh đáy cối nhỏ hoặc điện tịch

muội cắt ngang cửa chỉ tiết lớn

Nếu phơi khơng cĩ sự địch chuyên phơi trên mmặt vành, phơi sẽ bị biến mỏng tất lớn khí biểu đhmg bự do với chiêu cao cơi lớn và cĩ thể phơi đá bị rach ma chum char tới đấy cơi, hồ khi diễn dây vào các gĩc lượn nhỏ của cối Chính vì vậy, dễ đảm bảo khả thành cơng cao của cơng nghệ, cần xem xét rường hợp đập cĩ sự địch chuyển phối trên vành vào lỏng cối, trong trường hợp này phải khảo sát lực chặn tác dụng trên vành [ H4]

‘Theo ]77| áp suất cần thiết khi tính đến địch chuyển phơi trên vành để bỗ sung kim loại trong lịng cơi khơng bị biển mỏng quá lớn cĩ thể xác định theo cơng thức kinh nghiệm:

§s chiều dảy vải liệu

— giới hạn bên của vật liệu

Tar bán kính trong nhỏ nhất của sản phẩm đập 'Trường hợp với ác chỉ tiết nh dạng phức tạp, tạo hình với các biên đạng lịng cối cỏ ban kính gĩc lượn khác nhau, cho đến nay chưa eĩ một lý thuyết nào tính tốn chính xác thơng

số ấp snất tao hinh, hau ht trong nghiên cứu, các nhà kỹ thuật phải sử đựng phương pháp MPS

+ết hợp với thực nghiệm để xác định théng sd nay

Lực chặn sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình đập tạo hình và chất lượng sẵn phẩm Tực chặn khơng củ làm thay đổi sơ đỗ trạng thái ứng suất biến dạtg tại phẩm vành rad con ce tac dung tao lực cản trở khơng cho chất lịng thốt ra trên phản vành (rong trường hợp đăm báo kín khít, thường các nhà kỹ thuật van phải sử dụng giộng làm kir) mà cịn chẳng nhân cho vành phơi và tạo điều kiên để phơi kéo vào lịng cối Như vậy, lực chặn phối phải thỏa mãn 3 điều kiện

- Tiị nĩ khơng quá lớn gây căn trở quá trình kéo phơi vào lịng cỗi gây biế

- Lục chặn khơng quá nhỏ dẫn đến hiện tượng nhu tại vành phối

- Đảm bảo làm kíu khuơn tránh hiện tượng rơ rỉ chải lỏng gây ruẢi ấp suất trong lịng cơi Luc chăn phơi trong cơng nghệ DTT cĩ mmỗi quan hệ mật thiết với áp suất lịng cối, vật Tiệu phơi, lệ số đập vuốt, trạng thải bŠ một chặn, tra sắt giữa phơi và oỗi v.v

Lure chăn phơi chủ yếu được xác định bằng cơng thứ thuc nghiệm Trong nghiên cứu, nhà kỹ thuật áp đụng IMPS để khảo sắt và xác định miễn lực châu phủ hợp cho cơng nghệ

"Trong DTT phơi tắm, ngồi lực giữ cho vành phơi khơng mắt ổn định trong quả trình tạo

tình Q», luc chặn cịn cân thêm thành phản lực Q: chỗng lại lực do chất lỏng trong lịng cơi day

Tigược lại, với: