nghiên cứu công nghệ dập tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng nguồn chất lỏng cao áp

Công nghệ dập thủy lực một trường hợp riêng của công nghệ gia công áp lực là công nghệ nhờ nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

*********

NGUYỄN THỊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG VỎ MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG CAO ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

*********

NGUYỄN THỊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG VỎ MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG CAO ÁP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

LỜI CẢM ƠN

của PGS.TS Phạm Văn Nghệ và TS Tống Ngọc Tuấn, cùng với sự cộng tác nhiệt tình của các anh chị đồng nghiệp Cho đến nay, tôi đã hoàn thành luận văn của mình

với đề tài “Nghiên cứu công nghệ dập tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng nguồn

chất lỏng cao áp”

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phạm Văn Nghệ, cùng

TS Tống Ngọc Tuấn đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị đồng nghiệp trong

Bộ môn Công nghệ Cơ khí, Khoa Cơ Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội và Bộ môn Gia công

áp lực, Khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi

về thời gian, cơ sở vật chất, trang thiết bị để tôi thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin được cảm ơn Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Điện và Ban Quản lý Đào tạo, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2015

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Trang

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy lực 3

1.1.1 Sự phát triển của công nghệ dập thủy lực 3

1.1.2 Đặc điểm của công nghệ dập thủy lực 4

1.1.3 Phân loại 6

1.2 Công nghệ dập thủy cơ và khả năng ứng dụng 11

1.2.1 Đặc điểm của công nghệ dập thủy cơ 11

1.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ dập thủy cơ 12

1.2.3 Khả năng ứng dụng công nghệ dập thủy cơ 13

1.2.4 Thực trạng nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ ở VIệt Nam 18

1.3 Kết luận chương 1 22

Chương 2 ĐỐI TƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Phương pháp nghiên cứu, địa điểm, thời gian 23

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 23

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 23

2.1.3 Phương pháp kiểm tra, đánh giá kết quả 23

2.1.4 Địa điểm nghiên cứu 24

2.1.5 Thời gian nghiên cứu 24

2.2 Vật liệu, thiết bị công nghệ 24

2.2.1 Vật liệu chế tạo 24

2.2.2 Thiết bị dập thủy cơ 25

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ 27

3.1 Quá trình biến dạng dẻo kim loại 27

3.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới qúa trình biến dạng dẻo 28

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 28

3.2.2 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính 28

3.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư 29

3.2.4 Ảnh hưởng của ma sát ngoài 29

3.2.5 Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại 29

3.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng 30

3.3 Cơ sở lý thuyết của công nghệ dập thủy cơ 30

3.3.1 Trạng thái ứng suất- biến dạng trong quá trình dập thủy cơ 30

3.3.2 Tính toán các thông số công nghệ khi dập thủy cơ 35

3.4 Ma sát và bôi trơn trong dập thủy cơ 42

3.4.1 Phần đáy của sản phẩm 43

3.4.2 Phần hình trụ 44

3.4.3 Phần bán kính lượn của cối 44

3.4.4 Phần vành phôi 44

3.4.5 Độ dày tối ưu của lớp bôi trơn có vành hẹp 45

3.5 Chất lỏng dùng trong công nghệ dập thủy lực 45

3.6 Kết luận chương 3 47

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48

4.1 Thiết kế, chế tạo khuôn dập thủy cơ 48

4.1.1 Thiết kế khuôn dập thủy cơ 48

4.1.2 Thiết kế chày, cối của khuôn dập 50

4.1.3 Chế tạo cối, chày 52

4.2 Mô phỏng quá trình tạo hình bằng phần mềm Eta/Dynaform 53

4.2.1 Các bước thực hiện bài toán mô phỏng 53

4.2.2 Xây dựng kế hoạch mô phỏng 56

4.2.3 Xây dựng mối quan hệ giữa áp suất và góc côn 57

4.2.5 Xây dựng mối quan hệ góc côn và độ biến mỏng chi tiết 63

4.3 Bài toán thực nghiệm dập thủy cơ chi tiết dạng côn 71

4.3.1 Phương án thí nghiệm 71

4.3.2 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm 72

4.3 Kết luận chương 4 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

1 Kết luận 83

2 Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy ép thuỷ lực YH - 32 21

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và cơ tính của thép không gỉ 304 (SAE/AISI)- theo bảng 7.17 (trang 344[10]) 24

Bảng 3.1 So sánh trạng thái ứng suất – biến dạng trong hai trường hợp dập thông thường và dập thủy cơ 32

Bảng 4.1 Thành phần các nguyên tố hóa học của thép 90CrSi –TCVN Bảng 7.13 (trang 331)[10] 51

Bảng 4.2 Thành phần hoá học của thép C45 52

Bảng 4.3 Thông số vật liệu sử dụng trong mô phỏng 54

Bảng 4.4 Bảng thông số kích thước cho bài toán mô phỏng 57

Bảng 4.5 Kết quả mô phỏng xây dựng quan hệ áp suất và góc côn 62

Bảng 4.6 Mối quan hệ góc côn, chiều dày và độ biến mỏng vật liệu chi tiết 69

Bảng 4.7 Kết quả bài toán thực nghiệm 75

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Một số dạng sản phẩm điển hình của công nghệ gia công áp lực 2

Hình 1.2 Một số sơ đồ nguyên lý quá trình dập thủy lực 4

Hình 1.3 Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi tấm (a) và phôi ống (b) 7

Hình 1.4 Một số dạng sản phẩm dập thủy tĩnh từ phôi tấm và phôi ống 8

Hình 1.5 Sơ đồ dập xung điện thủy lực 8

Hình 1.6 Một số sản phẩm dập bằng xung điện thủy lực 9

Hình 1.7 Sơ đồ dập thủy cơ 9

Hình 1.8 Một số dạng sản phẩm ứng dụng của dập thủy cơ 10

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý dập thủy cơ 11

Hình 1.10 Sản phẩm dập thủy cơ một số chi tiết của ô tô 14

Hình 1.11 Dập thủy cơ các chi tiết đối xứng và hình dạng phức tạp 15

Hình 1.12 Ưu điểm của mô phỏng số 17

Hình 1.13 Các bước giải bài toán mô phỏng 18

Hình 1.14 Mô hình máy kéo xích cao su B2010 19

Hình 1.15 Các thông số kích thước phôi nắp chặn ổ lăn máy kéo xích cao su B2010 19

Hình 1.16 Máy thủy lực YH 32 – 100 tấn 21

Hình 2.1 Chế tạo khuôn dập thủy cơ 25

Hình 2.2 Hệ thống ép biên 25

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp chất lỏng cao áp 26

Hình 2.4 Hệ thống đo áp suất chất lỏng và áp lực ép biên 26

Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa lực và biến dạng 27

Hình 3.2 Các trạng thái ứng suất 28

Hình 3.3 Sơ đồ trạng thái ứng suất - biến dạng của dập vuốt thông thường 31

Hình 3.4 Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng của dập thủy cơ 31

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán lực ma sát trên đáy phôi 43

Hình 3.6 Sơ đồ tính lực ma sát trên phần hình trụ 44

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống khuôn dập thủy cơ 49

Hình 4.2 Stand dập thuỷ cơ trên METL YH-32 49

Hình 4.3 Kích thước chế tạo cối 50

Hình 4.4 Kích thước chế tạo 3 loại chày 51

Hình 4.5 Chày dập thủy cơ với các góc cô khác nhau 52

Hình 4.6 Cối dập thủy cơ 53

Hình 4.7 Mô hình mô phỏng 54

Hình 4.8 Thông số vật liệu và đường cong ứng suất của vật liệu 54

Hình 4.9 Chia lưới các phần tử 55

Hình 4.10 Cài đặt các thông số cho phôi 56

Hình 4.11 Cài đặt các thông số cho chày, cối và ép biên 56

Hình 4.12 Hình ảnh phân vùng chi tiết ở những vị trí khác nhau 57

Hình 4.13 Các thông số kích thước cần thiết cho mô phỏng 57

Hình 4.14 Sản phẩm dập với áp suất pcl=0 Mpa và Peb=90000 kN 58

Hình 4.15 Sản phẩm dập với áp suất pcl=20 Mpa và Peb= 90000 kN 58

Hình 4.16 Sản phẩm dập với áp suất pcl=35 Mpa và Peb=90000 kN 59

Hình 4.17 Sản phẩm dập với peb=0 Mpa và Peb=90000 kN 59

Hình 4.18 Sản phẩm dập với pcl= 20 Mpa và Peb= 90000 kN 60

Hình 4.19 Sản phẩm dập với pcl= 30 Mpa và Peb= 90000 kN 60

Hình 4.20 Sản phẩm dập với pcl=0 Mpa và Peb=90000 kN 61

Hình 4.21 Sản phẩm dập với pcl=20 Mpa và Peb= 90000 kN 61

Hình 4.22 Sản phẩm dập với pcl=35 Mpa và Peb=90000 kN 62

Hình 4.23 Đồ thị về mối quan hệ giữa áp suất và góc côn 63

Hình 4.24 Sản phẩm dập với pcl=0 Mpa và Peb= 90000 kN 64

Hình 4.25 Sản phẩm dập với pcl=20 Mpa và Peb=90000 kN 64

Hình 4.26 Sản phẩm dập với pcl=60 Mpa và Peb=90000 kN 65

Hình 4.27 Sản phẩm dập với pcl=0 Mpa và Peb=90000 kN 65

Hình 4.28 Sản phẩm dập với pcl=10 Mpa và Peb=90000 kN 66

Hình 4.29 Sản phẩm dập với pcl=20 Mpa và Peb=90000 kN 66

Hình 4.30 Sản phẩm dập với p =30 Mpa và P =90000 kN 67

Hình 4.31 Sản phẩm dập với pcl=0 Mpa và Peb=90000 kN 67

Hình 4.32 Sản phẩm dập với pcl=10 Mpa và Peb=90000 kN 68

Hình 4.33 Sản phẩm dập với pcl=20 Mpa và Peb=90000 kN 68

Hình 4.34 Mối quan hệ giữa độ biến mỏng với các góc côn khác nhau 70

Hình 4.35 Hình dáng và kích thước chi tiết côn 300 71

Hình 4.36 Sản phẩm dập chi tiết côn 150 ở pcl=35 Mpa và qeb=6,5 Mpa 73

Hình 4.37 Sản phẩm dập chi tiết côn 300 ở pcl=10 Mpa và qeb=6,5 Mpa 73

Hình 4.8 Sản phẩm dập chi tiết côn 300 ở pcl=20 Mpa và qeb=6,5 Mpa 74

Hình 4.39 Sản phẩm dập chi tiết côn 300 ở pcl=30 Mpa và qeb=6,5 Mpa 74

Hình 4.40 Biên dạng mặt cắt ngang chi tiết 76

Hình 4.41 Vị trí đo chiều dày biên dạng mặt cắt 76

Hình 4.42 Đồ thị phân bố chiều dày chi tiết trong mô phỏng và thực nghiệm tại các vùng tương ứng 77

Hình 4.43 Hình dáng và kích thước chi tiết tính toán 79

Hình 4.44 Hình dạng và kích thước bán thành phẩm sau lần dập thứ nhất 79

Hình 4.45 Hình dạng và kích thước bán thành phẩm sau lần dập thứ hai 80

LỜI NÓI ĐẦU

Phát triển đất nước trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đòi hỏi chúng ta phải có một nền khoa học, công nghệ tiên tiến Do vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển những lĩnh vực công nghệ mới đang là một ưu tiên trong chính sách khoa học, công nghệ của nước ta

Công nghệ dập thủy lực (một trường hợp riêng của công nghệ gia công áp lực)

là công nghệ nhờ nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp Nhiều nước trên thế giới đang áp dụng có hiệu quả công nghệ này Tuy nhiên, ở Việt Nam, dập thủy lực mới đang trong giai đoạn bắt đầu tìm hiểu công nghệ Thực tế cho thấy, số doanh nghiệp đang ứng dụng công nghệ dập thủy lực vào trong sản xuất còn rất ít và chủ yếu dựa vào kinh nghiệm Đồng thời, việc đưa các môn học thuộc lĩnh vực này vào trong đào tạo tại các trường Đại học, Cao đẳng và Trung học chuyên nghiệp vẫn chưa thực sự được quan tâm

Xuất phát từ những lý do trên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Văn

Nghệ và TS Tống Ngọc Tuấn, tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ dập

tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng nguồn chất lỏng cao áp”

Với mục tiêu làm rõ các vấn đề cơ sở khoa học về công nghệ dập thủy lực, khảo sát sự ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm sau dập Để từ đó ứng dụng phương pháp công nghệ mới này vào trong sản xuất cơ khí tại Việt Nam nói chung và trong đào tạo tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam nói riêng

Đề tài gồm 4 chương, nội dung cụ thể của các chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Phương pháp và đối tượng nghiên cứu

Chương 3 Cơ sở lý thuyết công nghệ dập thủy cơ

Chương 4 Kết quả nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn chắc vẫn còn có những thiếu sót, khuyết điểm nhất định Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp kiến của các thầy,

cô và các đồng nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Gia công kim loại bằng áp lực là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí Công nghệ gia công áp lực (GCAL) cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và kích thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính tốt, năng suất cao, giá thành hạ (hình 1.1) Do vậy, gia công áp lực có một vị trí rất lớn trong công nghiệp chế tạo phụ tùng ôtô, máy kéo, xe máy, hàng dân dụng, quốc phòng, vv … Trong gia công áp lực, 2 lĩnh vực chủ yếu là công nghệ cán kéo và công nghệ dập tạo hình

Hình 1.1 Một số dạng sản phẩm điển hình của công nghệ gia công áp lực

Trong đó, dập thủy lực là công nghệ gia công áp lực đặc biệt Công nghệ này đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng nhiều trong tất cả các lĩnh vực Nó là phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn chất lỏng thủy tĩnh cao áp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến dạng của vật liệu

1.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy lực

1.1.1 Sự phát triển của công nghệ dập thủy lực

Công nghệ dập thủy lực (công nghệ tạo hình bằng nguồn chất lỏng cao áp)

được xuất hiện từ cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 Tuy nhiên, lúc này mới chỉ là bước đầu đi vào tìm hiểu nên nó chưa được áp dụng rộng rãi

Năm 1975, công nghệ dập thủy lực này được chú trọng và phát triển nhanh chóng cùng với trang thiết bị hiện đại Một số nghiên cứu cho thấy những ưu điểm của phương pháp này :

Mclintock (năm 1968), Rice và Tracey (năm 1969) đã bắt tay vào nghiên cứu về phôi kim loại tấm và họ chứng minh được rằng sự phá hủy của tổ chức kim loại giảm nhanh khi áp dụng phương pháp dập bằng chất lỏng

Clift Hartley, Sturgess và Rowe (năm 1990), Pillinger (năm 1992), đã chứng minh rằng khi chuốt, kéo phôi kim loại tấm bằng áp suất chất lỏng sẽ giảm thiểu được sự phá hủy tổ chức kim loại cũng như việc xuất hiện các tế vi của vật liệu kim loại

Công nghệ dập thuỷ lực là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao kết hợp với chuyển động cơ khí của chày hoặc cối do máy tạo

ra Bản chất của phương pháp là, dưới tác dụng của môi trường chất lỏng áp suất cao kết hợp với dụng cụ cứng gây biến dạng vật liệu và tạo điều kiện thuận lợi cho

sự biến dạng, nhất là những chi tiết có hình dáng phức tạp và tấm vật liệu làm bằng kim loại khó biến dạng

Tại các nước công nghiệp phát triển từ lâu đã áp dụng công nghệ này vào trong sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc tính toán công nghệ dập thủy lực chưa được nghiên cứu, thiết kế một cách tổng quát mà chủ yếu dựa vào kinh nghiệm

Với mục tiêu trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020, thì để thực hiện được mục tiêu đó cần áp dụng khoa học công nghệ hiện đại đẩy mạnh nền kinh tế

Do đó, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập thuỷ lực là hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện nay

1.1.2 Đặc điểm của công nghệ dập thủy lực

Cơ sở chung của công nghệ tạo hình có sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao trong quá trình biến dạng là dựa trên hiện tượng tính dẻo của vật rắn được nâng cao rất nhiều khi đặt trong sơ đồ trạng thái ứng suất nén thủy tĩnh, đồng thời với nó là việc ngăn ngừa sự phát sinh các vết nứt gây ra phá huỷ vật liệu và loại trừ các yếu

tố gây ra sự không đồng đều tổ chức của sản phẩm Dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh sẽ có khả năng làm đồng đều các tính chất vật lý - cơ học của kim loại sau biến dạng Hình 1.2 là một số sơ đồ nguyên lý quá trình dập thủy lực

Hình 1.2 Một số sơ đồ nguyên lý quá trình dập thủy lực

Nhờ tác động của áp suất thủy tĩnh có trị số cao làm gia tăng đáng kể tính dẻo của vật liệu do kim loại trong ổ biến dạng được đặt trong trạng thái ứng suất nén thủy tĩnh, đồng thời nhờ có năng lượng cao của chất lỏng bị nén có thể biến dạng những vật liệu khó biến dạng, vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao, v.v mà phương pháp tạo hình thông thường không hoặc khó thực hiện được Đây chỉ là một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn chất lỏng cao

áp

Giảm đáng kể biến dạng không đều trong vật dập, do vậy làm đồng đều đáng

kể các tính chất cơ - lý của kim loại sau biến dạng Trong quá trình dập thông thường, do ma sát tiếp xúc giữa bề mặt phôi và bề mặt cối dập có trị số lớn, nên các lớp kim loại bên ngoài tiếp giáp với thành cối chảy chậm hơn so với các lớp kim loại bên trong và gây ra biến dạng không đều rất rõ rệt khi dập Điều này dẫn đến sự tạo thành “vùng chết” gần lỗ cối và là nguyên nhân tạo thành phần “ép dư” Phần này thường chiếm (20 ÷ 30)% chiều dài sản phẩm dập Khi dập thuỷ lực, do không

có ma sát tiếp xúc giữa bề mặt phôi và cối (bề mặt phôi và cối đều tiếp xúc với chất lỏng công tác) nên đảm bảo kim loại chảy đều theo tiết diện ngang của phôi, và do

đó thực sự không còn phần “ép dư” Việc khử được tác động có hại của ma sát tiếp xúc trong quá trình dập thuỷ lực còn cho phép đảm bảo biến dạng đồng đều ở mức cao nhất và thực sự khử được tác động của các ứng suất kéo phụ xuất hiện ở các lớp gần bề mặt phôi như xảy ra trong quá trình dập thông thường

Khử hoặc làm giảm ảnh hưởng có hại của ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng

cụ gây biến dạng Điều này cùng với sự gia tăng tính dẻo của kim loại do được đặt trong môi trường áp suất thủy tĩnh cho phép tạo hình chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp, những chi tiết cần có mức độ biến dạng lớn, từ những vật liệu khác nhau, đặc biệt là các vật liệu giòn, khó biến dạng hoặc có nhiệt độ nóng chảy cao như các hợp kim của Ti, Mo, W, V…

Tuổi thọ của dụng cụ tăng đáng kể và do đó giảm không ít vật liệu làm dụng

cụ bởi có thể thực hiện gia công ở điều kiện nhiệt độ không cao và dụng cụ tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng cao áp - đóng vai trò thứ hai là chất bôi trơn Hơn nữa, bộ khuôn tạo hình có tính đa năng cao, khi chế tạo các chi tiết cùng loại hình dáng, kích thước chỉ cần thay thế chày hoặc cối (dụng cụ mang hình dáng, kích thước của sản phẩm tùy theo phương pháp biến dạng) và dụng cụ chặn phôi Điều này giúp giảm các chi phí làm khuôn và nâng cao hiệu quả kinh tế của phương pháp này Khi dập thủy lực cho phép nhận được sản phẩm có biến dạng tùy ý với chất lượng cơ - lý cao như độ chính xác kích thước cao, độ nhám bề mặt có thể tới Ra1,25 ÷ Ra0,63

Cải thiện điều kiện vệ sinh công nghiệp do có thể tiến hành gia công ở trạng thái nguội, không có tác động của nhiệt độ cao, ồn và rung cũng như không có sự tạo thành các ôxít độc hại, ảnh hưởng đến sức khoẻ của công nhân

Tuy nhiên, thiết bị tạo hình đòi hỏi phải có độ chính xác cao và vận hành phức tạp Điều này liên quan đến việc tạo ra và giữ được áp suất thủy tĩnh cao Muốn vậy, thiết bị cần phải có độ cứng vững cao, trang bị công nghệ và dụng cụ (buồng chứa, chày ép…) phải được chế tạo từ những vật liệu có cơ tính cao và ổn định trong điều kiện áp suất lớn Các vấn đề về kết cấu khung dầm, bình chứa cao áp và đặc biệt là

bịt kín cần được đảm bảo trong điều kiện cao áp cũng như đòi hỏi sử dụng công nhân có trình độ và tay nghề bậc cao

Do chất lỏng bị nén ở mức độ lớn (với áp suất cao như vậy, thể tích chất lỏng

có thể giảm đi đáng kể), do đó làm giảm hiệu suất của quá trình bởi vì có một phần năng lượng phải chi phí cho việc nén chất lỏng công tác

Cần phải tạo được hệ thống các thiết bị bảo vệ chuyên dụng như bình tích áp, van an toàn, hệ thống bơm cao áp cũng như đường ống cao áp, đồng thời có những thiết bị thông gió để khử các sản phẩm gây hại do chất lỏng tông tác và chất bôi trơn bay hơi sinh ra Điều này là một chi phí đáng kể

Chi phí đáng kể cho chất lỏng công tác và chất bôi trơn

1.1.3 Phân loại

Hiện nay, ở các nước công nghiệp phát triển, phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp đã được ứng dụng để chế tạo các chi tiết có hính dáng phức tạp Mỗi phương pháp đó có đặc điểm, tính chất khác nhau nhưng đều có một điểm chung: Kim loại được biến dạng trong điều kiện trạng thái ứng suất nén thuỷ tĩnh được tạo ra do sự tác dụng của nguồn chất lỏng áp suất cao Để phân loại các phương pháp gia công thuỷ lực, người ta thường dựa vào các dấu

hiệu chính sau:

- Dạng của chày: Có các loại chày cứng và chày chất lỏng

- Dạng của cối: Cối cứng, cối chất lỏng

- Dạng của phôi: Có các loại phôi không gian, phôi ống và phôi tấm

- Bản chất của quá trình biến dạng: Có các phương pháp dập thể tích; cắt đột; dập vuốt; tóp và dãn phôi ống; ép chảy thuỷ tĩnh

- Đặc điểm tác động của áp suất thuỷ tĩnh (nén đều ba chiều; nén có đối áp; nén có lực phụ…)

Trên cơ sở các dấu hiệu trên, hiện nay có các phương pháp gia công thuỷ lực

cơ bản sau: phương pháp dập thủy tĩnh, phương pháp dập xung điện thủy lực và phương pháp dập thủy cơ

a) Phương pháp dập thủy tĩnh (Hydrostatic)

Dập (ép) thủy tĩnh là một phương pháp tạo hình sử dụng áp lực chất lỏng làm chày, biến dạng phôi để có hình dáng kích thước như của cối Trong ép thủy tĩnh

còn có thể phân thành: ép thủy tĩnh tấm và ép thủy tĩnh ống

Ép thủy tĩnh tấm (hình 1.3a): Khi chịu áp lực của chất lỏng, tấm kim loại bị biến dạng, sau đó, khi chạm vào thành đáy cối, chúng hình thành hình dáng sản phẩm

Ép thủy tĩnh ống (hình 1.3b): tương tự, phôi có dạng ống, khi chịu áp lực cao bên trong, ống biến dạng và hình thành sản phẩm theo hình dáng của khuôn

a)

b)

Hình 1.3 Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi tấm (a) và phôi ống (b)

Sản phẩm dập bằng phương pháp thủy tĩnh rất phong phú và nhiều chủng loại (hình 1.4)

Hình 1.4 Một số dạng sản phẩm dập thủy tĩnh từ phôi tấm và phôi ống b) Phương pháp dập bằng xung điện thủy lực (ElectrohydraulicForming)

Bản chất của quá trình này là tác động của sóng va đập được gia tốc do sự phóng điện của các cung lửa điện trong chất lỏng tạo thành sóng va đập , làm cho phôi biến dạng theo hình dạng của lòng cối cứng (hình 1.5) Khi đó năng lượng xung điện cực mạnh biến thành năng lượng cơ học, gây ra sự biến dạng dẻo của phôi

Cho phép biến dạng được các kim loại và hợp kim ít dẻo, khó biến dạng, nhận được các chi tiết có độ chính xác kích thước cao do biến dạng đàn hồi nhỏ

Không yêu cầu phải sử dụng những thiết bị và khuôn hiện đại, to lớn, nặng

nề, đắt tiền

Có thể thực hiện biến dạng cục bộ các phôi rỗng bằng các xung hướng từ

tâm phôi ra đường bao ngoài,…

Hình 1.5 Sơ đồ dập xung điện thủy lực

Hình 1.6 là một số dạng sản phẩm điển hình được chế tạo bằng phương pháp dập xung điện thủy lực

Hình 1.6 Một số sản phẩm dập bằng xung điện thủy lực

c) Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical)

Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao kết hợp với chuyển động cơ khí của chày do máy tạo ra (hình 1.7)

Hình 1.7 Sơ đồ dập thủy cơ

Sản phẩm từ công nghệ dập thủy cơ có mặt trong rất nhiều lĩnh vực để phục

vụ cho nhu cầu ngày càng cao của xã hội (hình 1.8)

Hình 1.8 Một số dạng sản phẩm ứng dụng của dập thủy cơ

Trong những năm gần đây, công nghệ dập thủy cơ có xu hướng thay thế dần các công nghệ dập tạo hình thông thường bằng chày cứng, cối cứng và được ứng dụng rộng rãi trong việc tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp, do những ưu điểm nổi bật Dập vuốt thủy cơ cũng được ứng dụng để dập vuốt ngược phôi có dạng cốc, vì trong quá trình này phôi không bị mất ổn định trên phần thành trụ của phôi do phôi luôn có xu hướng bám vào bề mặt ngoài của cối, nhờ vậy không cần chặn phôi

Tuy nhiên ở Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ dập thủy cơ vẫn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và việc tính toán vẫn chưa được nghiên cứu tổng quát Do vậy, trong luận văn của mình, tác giả đã đi tìm hiểu, nghiên cứu cụ thể về công nghệ dập thủy cơ

1.2 Công nghệ dập thủy cơ và khả năng ứng dụng

1.2.1 Đặc điểm của công nghệ dập thủy cơ

Bản chất của công nghệ là dưới tác dụng của môi trường chất lỏng thủy tĩnh

áp suất cao kết hợp với dụng cụ cứng (chày và cối) gây biến dạng vật liệu và tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến dạng, nhất là những chi tiết có hình dáng phức tạp

và tấm vật liệu làm bằng kim loại khó biến dạng

Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thông thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo ra sự bôi trơn thủy động

Có 2 cách tạo ra đối áp

Cách thứ nhất là chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn, khi đầu trượt đi xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp

Cách thứ 2 là bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất

sẽ được điều khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp

Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày (tránh được hiện tượng mất ổn định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng bôi trơn phôi tấm khi dụng cụ gia công chuyển động tác dụng lên phôi) Hình 1.9 là sơ đồ nguyên lý phương pháp dập thủy cơ

1 chày dập; 2 ép biên;

3 phôi dập; 4 gân vuốt;5 miệng cối;

6 buồng chứa chất lỏng; 7 van tràn;

8 van phân phối; 9 bình đựng chất lỏng

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý dập thủy cơ

Cơ chế của quá trình dập vuốt thuỷ cơ có nhiều điểm tương đồng với cơ chế của quá trình dập vuốt thông thường Điểm khác biệt cơ bản mang tính nguyên tắc của quá trình dập vuốt thuỷ cơ so với dập vuốt thông thường là quá trình biến dạng của phôi được diễn ra trong điều kiện mặt bích phôi dịch chuyển bị thay đổi và có

áp suất thuỷ tĩnh cao tác dụng từ phía dụng cụ biến dạng

Sau khi đóng mạch điều khiển, chày và vòng chặn phôi dịch chuyển xuống dưới, phôi được kẹp chặt bằng lực nhất định

Không gian ép tạo thành ở phần dưới của khuôn được che kín hoàn toàn bằng phôi Khi chày tiếp tục đi xuống nén chất lỏng trong buồng chứa làm hình thành một áp suất, giá trị áp suất này được điều chỉnh bởi van điều chỉnh áp suất

Để tạo điều kiện thuận lợi của quá trình biến dạng của kim loại thì áp suất thuỷ tĩnh phải tăng từ từ trong quá trình dập vuốt đến một giá trị nhất định nào đó (từ 0 đến 35 - 40 MPa khi dập chi tiết bằng nhôm; từ 0 đến 60 - 100 MPa khi dập các chi tiết bằng thép) Giá trị áp suất này phải đảm bảo khoá chặt các phần của phôi có tiếp xúc với cối cứng, bằng lực ma sát tác dụng giữa chày và phôi

1.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ dập thủy cơ

a) Ưu điểm

- Trong quá trình tạo hình xuất hiện chất lỏng có áp suất cao, tác dụng vào bề mặt phôi làm cho biến dạng vật liệu đồng đều, giảm hiện tương biến mỏng cục bộ, tăng khả năng biến dạng của vật liệu (nâng cao hệ số dập vuốt)

- Hình thành màng dầu bôi trơn thủy động giữa phôi và dụng cụ gia công

- Khe hở chày – cối trong dập thủy cơ co thể lớn hơn nhiều so với dập vuốt thông thường

- Có thể sử dụng một cối chất lỏng cho nhiều chi tiết khác nhau

- Giảm đáng kể lực ma sát có hại giữa phôi và dụng cụ

- Số lượng các nguyên công cũng được giảm Nếu như dập vuốt các chi tiết hình nón hoặc parabol bằng phương pháp thông thường đòi hỏi phải mất một số nguyên công dập vuốt trung gian, còn bằng phương pháp dập thủy cơ chỉ cần một nguyên công

- Có thể xảy ra sự biến mỏng của phôi, nếu lượng biến mỏng này là lớn và không đồng đều, dễ xảy ra tình trạng làm rách, đứt phôi ở tiết diện nguy hiểm

- Gia công các chi tiết làm từ vật liệu khó biến dạng, vật liệu đa lớp…

1.2.3 Khả năng ứng dụng công nghệ dập thủy cơ

Hình 1.10 Sản phẩm dập thủy cơ một số chi tiết của ô tô

Ngày nay dập sâu thuỷ cơ là một giải pháp hữu hiệu để chế tạo các chi tiết máy hoặc trong lĩnh vực chế tạo mẫu Các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ này rất đa dạng bao gồm từ những chi tiết dạng khung, dầm làm bằng thép chịu lực cao, cho tới các chi tiết bằng nhôm có diện tích mặt ngoài lớn Đồng thời, phương pháp này cũng rất phù hợp trong trường hợp dập vuốt các chi tiết có hình dáng phức tạp không đối xứng và dập vuốt sâu các chi tiết đối xứng như trụ, cầu, parabol…, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, quốc phòng, nông nghiệp,

…(hình 1.11)

Hình 1.11 Dập thủy cơ các chi tiết đối xứng và hình dạng phức tạp

b) Ứng dụng mô phỏng

Các phương pháp mô phỏng đều nhằm mục đích nghiên cứu, phân tích và giải thích các quá trình xảy ra khi tạo hình vật liệu Mô phỏng cho thấy được chính xác hơn quá trình công nghệ, qua đó người kỹ sư có thêm những hiểu biết, nhận xét đúng đắn để góp phần tìm ra các giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình sản xuất Hiện tại có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả trong ngành Gia công áp lực là mô phỏng vật lý và mô phỏng số

- Mô phỏng vật lý

Khi tiến hành nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới quá trình rèn cục bộ dưới đầu búa phẳng một chi tiết hình trụ cần làm nhiều thí nghiệm Để biểu diễn quá trình biến dạng với các điểm chảy phức tạp của vật liệu, đồng thời giảm giá thành

và thời gian người ta không tiến hành thực nghiệm với những vật liệu thật theo tỷ lệ 1:1 mà thường là vật liệu mẫu như sáp hay plastic Khuôn mô phỏng vật lý có thể làm bằng nhôm hoặc thậm chí là gỗ Tuy nhiên, mô hình vật liệu thử nghiệm phải chọn sao cho chúng có thuộc tính chảy tương tự như vật liệu thực trong một khoảng nhiệt độ rộng và có các thông số cơ bản điều khiển được Tuy nhiên mô phỏng vật

lý chỉ giúp có được những đánh giá định hướng về phân bố dòng chảy của kim loại trong quá trình rèn mà không cho phép tính toán chính xác trạng thái trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình

- Mô phỏng số và công nghệ ảo

Khác với mô phỏng vật lý, mô phỏng số được thực hiện bằng nhiều phương pháp tính khác nhau như: phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), sai phân hữu hạn, biến phân hoặc phần tử biên Mỗi một phương pháp tính toán đều có những mặt mạnh riêng, nhưng áp dụng phổ biến nhất để khảo sát các bài toán cơ học nói chung

và các bài toán biến dạng nói riêng là phương pháp PTHH bởi tính thích ứng với các bài toán có miền xác định bất kỳ và điều kiện biên phức tạp Phương pháp mô phỏng số ứng dụng tính toán PTHH nhằm phân tích toàn bộ quá trình tạo hình được tiến hành trên máy tính

Khi thực hiện mô phỏng số, các giai đoạn thiết kế, hiệu chỉnh thiết kế được thực hiện trên máy tính Xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, mô hình của sản phẩm được dựng trên máy tính, sau đó việc hiệu chỉnh công nghệ được thực hiện trực tiếp thông qua giao diện người - máy nhằm tối ưu hoá công nghệ nên đã giảm đáng kể thời gian và chi phí cho việc chế thử và hiệu chỉnh

Theo phương pháp công nghệ truyền thống, để chế tạo một sản phẩm thì sau

khi thiết kế phải tiến hành sản xuất thử Khâu này thường phải làm đi làm lại nhiều lần cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu Với phương pháp này việc thiết kế và chế tạo khuôn lặp đi lặp lại nhiều lần, gây tốn kém về thời gian và tiền của Với phương pháp “công nghệ ảo”, toàn bộ quá trình từ thiết kế, hiệu chỉnh đến đến tối ưu công nghệ được thực hiện trên máy tính Mô hình của sản phẩm được dựng trên máy tính xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, sau đó tiến hành mô phỏng số quá trình nhằm tìm ra các thông số công nghệ tối ưu Như vậy mô phỏng số góp phần giảm thời gian thiết kế, chi phí thử nghiệm và nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giới thiệu phần mềm Eta/Dynaform

Khi mô phỏng quá trình dập kim loại tấm ta sử dụng phần mềm Dynaform để

mô phỏng quá trình dập Dynaform là một phần mềm được ứng dụng rộng rãi cho nhiều bài toán cơ học và đặc biệt có hiệu quả đối với bài toán biến dạng lớn Mô phỏng số với phần mềm này cho phép tính toán hoàn thiện một quá trình dập thuỷ

cơ, bao gồm xây dựng mô hình hình học, chia lưới phần tử, lựa chọn các cặp tiếp

xúc giữa phôi và dụng cụ gia công, điều kiện biên cũng như giải bài toán để tìm trường phân bố ứng suất, biến dạng trong vật liệu và trong dụng cụ biến dạng Hơn thế nữa, phần mềm còn có khả năng tính toán cả quá trình đàn hồi lại trong quá trình dập thuỷ cơ Qua đó chúng ta không những biết được các thông số đầu vào để điều chỉnh chúng phù hợp với điều kiện thực tế, mà còn thấy được các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình dập như: vật liệu, ma sát, … để từ đó lựa chọn hợp lý hơn Khi sử dụng phương pháp mô phỏng số sẽ mang lại nhiều thuận lợi cho quá trình sản xuất, chế tạo sản phẩm (hình 1.13) Hình 1.14 mô tả các bước thực hiện bài toán mô phỏng

Hình 1.12 Ưu điểm của mô phỏng số

Hình 1.13 Các bước giải bài toán mô phỏng

1.2.4 Thực trạng nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ ở VIệt Nam

Ở Việt Nam, hiện chưa có một nghiên cứu tổng thể về phương pháp dập thuỷ

cơ Nước ta đang trong thời kì Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa, đặc biệt phát triển các ngành công nghiệp ôtô, xe máy… do vậy việc nghiên cứu phương pháp này là một yêu cầu do thực tế đặt ra

Về phạm vi ứng dụng: Số chi tiết ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn rất

ít, trong khi đó với sự phát triển của cơ khí như hiện nay thì rất nhiều chi tiết máy đang phải nhập ngoại hoàn toàn có thể chế tạo được ở trong nước bằng công nghệ dập thủy cơ khi đủ điều kiện như ở các nước phát triển (có khá đầy đủ các nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm) Riêng với cơ khí nông nghiệp khả năng ứng dụng của phương pháp này là rất lớn Do nhu cầu về máy nông nghiệp ngày

càng tăng Đang có rất nhiều đề tài và Dự án về thiết kế, chế tạo máy nông nghiệp,

trong đó có Dự án sản xuất thực nghiệm cấp Bộ mã số B2013 – 11 – 04DA do

PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế (Học viện Nông nghiệp Việt Nam) chủ trì Sản phẩm

của Dự án này là máy kéo xích cao su B2010 có mô hình như hình 1.14a Một trong

những chi tiết của máy kéo này là nắp chặn ổ lăn (hình 1.14b)

Hình 1.14 Mô hình máy kéo xích cao su B2010

a – Máy kéo xích; b – Nắp ổ lăn bánh đè xích;

1 – Động cơ; 2 – Hộp số; 3 – Bánh sao chủ dộng; 4 – Xích;

5 - Nắp ổ lăn bánh đè xích

Hình 1.15 Các thông số kích thước phôi nắp chặn

ổ lăn máy kéo xích cao su B2010

Qua tìm hiểu thực tế, chúng tôi lựa chọn nắp chặn ổ lăn (hình 1.14b) có thể được coi là một trong các chi tiết điển hình dạng vỏ mỏng (một trong những dạng chi tiết có thể áp dụng được công nghệ dập thủy cơ) Có ba dạng điển hình của chi tiết dạng vỏ mỏng là dạng trụ, dạng côn và dạng cầu Thực tế cho thấy: Dễ gia công nhất là dạng trụ và khó gia công nhất là dạng cầu Đã có những bài báo, đề tài nghiên cứu về gia công chi tiết dạng trụ và dạng cầu [2][15], [19] Qua tìm hiểu các chuyên gia thiết kế máy, nắp chặn ổ lăn bánh đè xích của máy kéo xích nói chung

và máy kéo xích cao su nói riêng có thể sử dụng cả hai dạng cầu và côn Vì lý do này chúng tôi lựa chọn nắp chặn ổ lăn bánh đè xích máy kéo xích cao su B2010 với các thông số kích thước như hình 1.16 làm mẫu thí nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng cho đúng chi tiết này, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho chi tiết cùng loại (chi tiết vỏ mỏng dạng côn)

Về trang thiết bị: Số doanh nghiệp có trang thiết bị về lĩnh vực này còn rất ít

Cơ sở đào tạo có trang thiết bị về lĩnh vực này hiện nay ở Việt Nam chỉ có hai trung tâm đào tạo chính là Trường đại học Bách khoa Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Quân

sự Hai bộ phận chính của máy ép thủy lực là máy ép thủy lực và khuôn dập

Học viện kỹ thuật quân sự có máy ép thủy lực (METL) YH32 (100 tấn) (hình 1.16) , còn ở Trường đại học Bách khoa Hà Nội cũng có máy ép thủy lực nhưng công suất nhỏ hơn

Các máy ép thủy lực, ngoài việc ứng dụng cho công nghệ dập thủy cơ còn được ứng dụng cho rất nhiều lĩnh vực khác Riêng với công nghệ dập thủy lực, mỗi máy ép thủy lực sẽ được sử dụng cho một số loại sản phẩm (phụ thuộc vào độ dầy,

cơ lý tính vật liệu phôi, kích thước chi tiết,…) Các máy ép thủy lực muốn ứng dụng được vào công nghệ dập thủy cơ còn phụ thuộc vào có khuôn dập phù hợp hay không Chính vì vậy để khai thác được các máy ép thủy lực sẵn có trong công nghệ dập thủy cơ cần thiết kế, chế tạo được khuôn dập cho từng loại chi tiết cụ thể Thiết bị được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo là máy ép thủy lực YH32

−

Hình 1.16 Máy thủy lực YH 32 – 100 tấn

Các thông số kỹ thuật máy ép thủy lực YH32 cho ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy ép thuỷ lực YH - 32

1.3 Kết luận chương 1

Công nghệ dập thuỷ cơ là một trong những công nghệ cơ bản của phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp Dưới tác dụng của áp suất cao của chất lỏng công tác, kết hợp với phần cứng của chày sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình biến dạng của phôi, đồng thời cho phép tạo được sự đồng đều về tính chất cơ lí trong sản phẩm dập mà công nghệ dập truyền thống không hoặc khó có thể đạt được

Trong chương 1, tác giả đã thực hiện một số công việc như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ dập thủy lực nói chung và công nghệ dập thủy cơ nói riêng

- Nghiên cứu phần mềm Eta/ Dynaform (phần mềm chuyên dụng để mô phỏng quá trình dập tạo hình kim loại tấm)

- Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ dập thủy cơ vào sản xuất tại các quốc gia trên thế giới Từ đó thấy được thực trạng ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam còn rất hạn chế, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp

- Chi tiết dạng côn là một trong ba dạng chi tiết điển hình của công nghệ dập tấm (dạng trụ, dạng côn và dạng cầu) Qua tìm hiểu, nghiên cứu về máy nông nghiệp, cụ thể là máy kéo xích cao su B2010, tác giả lựa chọn việc nghiên cứu, chế tạo nắp ổ lăn bánh đè xích bằng công nghệ dập thủy cơ

- Tìm hiểu METL- YH32 tại khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự và METL- 4 tấn tại Viện Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Những kết quả nghiên cứu ban đầu này cho thấy công nghệ dập thủy cơ là công nghệ tiên tiến, đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội

Chương 2 ĐỐI TƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu, địa điểm, thời gian

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ dập thủy lực

- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ dập thủy cơ như:

+ Nghiên cứu trạng thái ứng suất – biến dạng trong quá trình dập

+ Nghiên cứu, tính toán các thông số công nghệ khi dập thủy cơ

+ Nghiên cứu về ma sát và hao mòn trong quá trình dập và khả năng ứng dụng công nghệ này vào sản xuất

- Nghiên cứu phương pháp thiết kế, chế tạo khuôn dập tạo hình

- Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Dynaform để mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết dạng côn

- Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu, tìm hiểu máy dập thủy lực, cụ thể là máy thủy lực YH-32, 100 tấn

- Nghiên cứu chế tạo khuôn dập

- Tiến hành thí nghiệm dập phôi nắp ổ lăn bánh đè xích của máy kéo xích cao

su B2010 (chi tiết vỏ mỏng, dạng côn) trên máy dập thủy lực YH -32

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc côn đến khả năng biến dạng của vật liệu khi dập thủy cơ

- Nghiên cứu khả năng biến dạng và độ biến mỏng của vật liệu thép SUS 304 khi dập thủy cơ

2.1.3 Phương pháp kiểm tra, đánh giá kết quả

- Từ kết quả bài toán mô phỏng quá trình biến dạng của phôinắp ổ lăn bánh đè xích của máy kéo cao su B2010:

+ Xây dựng được mối quan hệ giữa áp suất và góc côn của chày

+ Xây dựng được mối quan hệ giữa góc côn và độ biến mỏng

+ Đánh giá được sự ảnh hưởng của góc côn chày, áp lực chất lỏng và chiều dày phôi đến khả năng biến dạng của vật liệu

- Từ kết quả thực nghiệm dập thủy cơ phôi nắp ổ lăn bánh đè xích của máy kéo cao su B2010:

+ Đánh giá khả năng biến dạng của vật liệu khi tạo hình bằng phương pháp dập thông thường và dập thủy cơ

+ Đánh giá sự ảnh hưởng của góc côn chày đến chất lượng sản phẩm

- So sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm khi dập chi tiết côn để từ đó đưa

ra một số thông số công nghệ phù hợp nhất cho quá trình biến dạng

2.1.4 Địa điểm nghiên cứu

- Phòng thực hành gia công áp lực, Bộ môn gia công áp lực, Khoa Cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự

- Phòng “Nghiên cứu, thiết kế công nghệ, thiết bị và chế tạo khuôn dập tạo

2.1.5 Thời gian nghiên cứu

- Thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài: 12 tháng

2.2 Vật liệu, thiết bị công nghệ

2.2.1 Vật liệu chế tạo

Trong máy kéo, nắp ổ lăn bánh đè xích làm nhiệm vụ giữ kín các ổ lăn (ổ bi), chúng nằm ở vị trí làm việc có điều kiện rất khắc nghiệt như: bùn đất, sỏi đá, hóa chất, nắng, mưa, nước mặn, v.v…

Vì vậy, tác giả lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết là thép không gỉ SUS 304, với thành phần hóa học và tính chất cơ lý như bảng 2.1

Bảng 2.1 - Thành phần hóa học và cơ tính của thép không gỉ 304 (SAE/AISI)-

δ

%

Trạng thái

2.2.2 Thiết bị dập thủy cơ

• Hệ thống khuôn thí nghiệm

Căn cứ vào mô hình sản phẩm được lựa chọn và các điều kiện đã được nghiên cứu, tiến hành thiết kế và chế tạo khuôn cho thực nghiệm gồm: chày, cối dập

Hình 2.1 Chế tạo khuôn dập thủy cơ

Bên cạnh chày, cối dập bộ khuôn còn có:

• Hệ thống ép biên: là một cụm thủy lực, bao gồm 4 xilanh – piston, được thể hiện trong hình 2.2

Hình 2.2 Hệ thống ép biên

• Hệ thống cấp chất lỏng cao áp

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp chất lỏng cao áp

- Bộ phận cung cấp chất lỏng cho buồng áp: gồm bình đựng chất lỏng 9, động cơ, bơm lưu lượng, bơm áp suất, các van phân phối, van tràn, rơle thuỷ lực

- Bộ phận điều khiển áp suất trong buồng áp: thường dùng các van tràn để duy trì áp suất cần thiết

- Buồng áp 6: là nơi chứa chất lỏng áp suất cao dùng để tạo hình chi tiết khi chày 1 đi xuống, trên mặt buồng áp có hệ thống bịt kín chất lỏng khi lắp ghép với vành cối 5 Trên buồng áp có lỗ để bơm chất lỏng vào, lỗ này cũng có thể là lỗ để

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ

Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích lí thuyết, xác định các thông số công nghệ cơ bản trong quá trình dập thuỷ cơ để chế tạo các chi tiết rỗng, dạng vỏ mỏng từ phôi tấm Đồng thời, sẽ tiến hành tiến hành xác định áp suất chất lỏng cần thiết và ma sát tiếp xúc trong quá trình tạo hình

3.1 Quá trình biến dạng dẻo kim loại

Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến dạng phá huỷ

Biến dạng đàn hồi (oa): dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại bị biến dạng,

nếu thôi lực tác dụng thì biến dạng sẽ mất đi và kim loại lại về trạng thái ban đầu

Đó là biến dạng mà ứng suất sinh ra trong kim loai không vượt quá giới hạn đàn hồi

Biến dạng dẻo (bc): Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn

đàn hồi.biến dạng dẻo là dạng biến dạng vĩnh cửu, nó làm thay đổi hình dáng của kim loại sau khi thôi tác dụng

Biến dạng phá huỷ(cd): Nếu lực tác dụng vượt quá giới hạn đàn hồi ban

đầu của kim loại thì đến lúc đó lực không cần tăng nữa, biến dạng vẫn tiếp tục và dẫn đến phá huỷ kim loại

Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa lực và biến dạng

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của của ngoại lực mà không phá bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt, tính dẻo tăng

Quá trình biến dạng dẻo kim loại chịu ảnh hưởng của các nhân tố như: nhiệt

độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát ngoài, vv nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại

3.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới qúa trình biến dạng dẻo

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên

tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn

3.2.2 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

a) Ứng suất đường; b) Ứng suất mặt; c) Ứng suất khối

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo Ứng suất chính

là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại lực tác dụng

Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối

Trạng thái ứng suất khối : τmax = 2

min max −σ

σ

Trạng thâi ứng suất mặt : τmax = 2

Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phâ huỷ: τmax / τgiới hạn

Khi kim loại chịu trạng thâi ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo lă:

3.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sự tồn tại của ứng suất dư bín trong kim loại sẽ lăm cho tính dẻo của kim loại giảm Nếu ứng suất dư lớn có thể lăm cho vật biến dạng hoặc phâ huỷ

3.2.4 Ảnh hưởng của ma sât ngoăi

Ma sât ngoăi lăm thay đổi hình thức tâc dụng lực, do đó lăm thay đổi trạng thâi ứng suất chính của vật thể Ngoăi ra ma sât ngoăi còn cản trở biến dạng tự do của vật thể, lăm cho vật thể biến dạng không đồng đều, tăng lực vă công biến dạng, cản trở sự biến dạng hay cắt đứt của kim loại dưới tâc dụng của lực cắt thĩp

3.2.5 Ảnh hưởng của thănh phần hoâ học vă tổ chức kim loại

Câc kim loại khâc nhau có kiểu mạng tinh thể khâc nhau, lực liín kết giữa câc nguyín tử khâc nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khâc nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyín tố tạo câc hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do

đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch vă hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim có cấu trúc nhiều pha Câc tạp chất thường tập trung ở biín giới hạt, lăm tăng xô lệch mạng cũng lăm giảm tính dẻo của kim loại