Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình của một số vật liệu kim loại tấm khi gia công bằng phương pháp SPIF

1.1 GiớithiệucôngnghệbiếndạngkhôngkhuônSPIF Năm1967,EdwardLeszakđãđưaragiảipháptạohìnhtấmbằngcôngnghệbiếndạngkhôngkhuônIDF:IncrementalDielessForminghayISFIncrementalSheetF 1.2 Các thôngs

1.1 GiớithiệucôngnghệbiếndạngkhôngkhuônSPIF

Năm1967,EdwardLeszakđãđưaragiảipháptạohìnhtấmbằngcôngnghệbiếndạngkhôngkhuôn(IDF:IncrementalDielessForminghayISFIncrementalSheetF

1.2 Các thôngsố ảnhhưởngđến khảnăngtạohìnhtrongSPIF

7-Lượngtiến dụngcụxuốngVZt h e ochiềusâu;

2 35

8-Hệsốmasát fgiữatấmvàdụngcụ tạohình

9.NhiệtđộtạohìnhT

Loạitr ừ cácyếut ố kémảnhhưởngc òn lại4 thôngsố: Vz,Vxy,D,n c ó ả n h h ư ở n g nh

iềunhấtđế n khảnă ng tạohìnhvàchấtlượngbềmặtc ủa sả nphẩmt ấ m nênđượcchọ

nlàmthôngsố đầuvào

1.3 Mụctiêunghiêncứu

 Thiếtl ậ p mốiq u a n hệgiữac á c t h ô n g s ố c ô n g nghệvớikhản ă n g t ạ o h ì n

h , lượngphụchồi,chấtlượngbềmặtvànă ng suấtt ạ ohì nh cácnhóm vậtliệutiêub

proceeding2014,ISBN978-604-911-942- Quyhoạchcáckếtquả thựcnghiệmbằngtínhtoánvàbằngphầnmềmMinitabđểthiếtlậpphươngtrìnhhồiquy,tốiưuhóacácthôngsốcôngnghệt h e o hàmmụctiêulàcácthôngsốđầuramongmuốn,từđóxâydựngcáccôngcụ(phầnmềm,sổtay)tracứuchếđộgiacôngtạohìnhSPIFđểứng dụng trongt h ự c tế.

1.6 Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủa đềtài

 Thiếtlậpmốiquanhệgiữacácthôngsốcôngnghệ(Vz,Vxy,D,n)vớikhảnăngtạohình,lượngphụchồi,chấtlượngbềmặtvànăngsuấttạohìnhcácn h ó m vậtl i ệ u tiê

ub i ể u (nhôm,t h é p t h ư ờ n g vàt h é p khônggỉ)d ự a trênmôph ỏn g sốvàthựcnghiệm,từđóxácđịnhcácgiátrịbùtrừsaisố,phụcvụchothựctếtạohìnhbằngSPIF

 Tốiư u hóacácthôngsốcôngnghệthe o hàmmụctiêulàcácthôngsốđ ầ u ramongmuốn,từđóxâydựngcáccôngcụtracứu(phầnmềm,biểubảng)c h ế độtạohìnhSPIFthe ocácthôngsốđầuramongmuốnđể sử dụngtrongt h ự c tiễn

lFormingTechnology”,K e y EngineeringMaterials(KEM),Switzerland,Vols

656-657,pp479-483,2015

2.2 TanH u n g Nguyen,K h a n h D i e n Le,NgocPhuongNguyen,H u y B i c h Ng

uyen,T h a n h N a m Nguyen,TuyenV o , “TheEffecto f Heatingt o theFormabil

ityo f TitaniumS h e e t b y SPIFTechnology”,K e y EngineeringMaterials(K EM),Switzerland,Vol.749,page171-177,2017.

ngHiếu,NguyễnThanhNam,“Nghiêncứuchấtlượngbềmặtsauc ù n g củas ả

n phẩmn hô m H14khigiacôngb ằ n g c ông nghệtạohìnhcụcb ộ liênt ụ c (SPIF)”,HộinghịKH CNCơk h í Chết ạ o toànq u ố c l ầ n thứhai,trang234-

tấmA1050-237,tháng11/2009tạiHàNội

3.2 LêKhánhĐiền,NguyễnThiênBình,NguyễnThanhNam,ĐoànThanhPhong,

NguyễnV ă n Nang,V õ Vă n Cương“ControllingtheM oti ons ofSimulatedPe stleinABAQUSforFormingSheetMetalofSPIFTechnology”,KỷyếuHộinghịkh

oahọcvàCôngnghệlầnthứ12,ĐạihọcB á c h khoa-ĐHQG-HCM,trang21 –

24,26-28/10/2011

NhômA1050-H14,dầyt=1mm Mứcgiátrị z(mm) D(mm) V xy (mm/phút) n(vòng/phút)

1.5 LêK h á n h Điền,NguyễnThanhNam,V õ V ă n Cương,L ê V ă n Sỹ“ Acalcu

lationfor compensatingthe errorsduet o springbackwhe n formingm e t a l s

heetbysinglepointincrementalforming(SPIF)”TạpchípháttriểnK h o a họcvà

Côngnghệ,ĐHQG-HCM,sốK4,2010.Tập13,trang14–2 4

2.2.3 Chọnphươngphápquihoạchthựcnghiệm

Dosốthôngsốả nh hưởnglàk=4,trướctiênchọnquihoạchthựcnghiệmtuyếntínhtừngphầnvới2mứcgiátrịđểgiảmsốlầnthựcnghiệm,nếukếtquảkhôngphùhợpsẽchuyểnsangthựcnghiệmtoànphầnhoặckếthợpquihoạchp hi tuyến.Sốmẫulà2k-1=24-1=8.Sốlầnlặpđượctínhtoánvàchọnlà3,dođ ó s ố mẫuchomộtloạivậtliệulà8x3=24mẫu

2.2.4 Chọnmứcvàmã hóacácthông sốảnhhưởng

Bảng2.1Bảngchọnmứcvàmãhóa thôngsốảnhhưởngcủa 3loạivậtliệu

Tốcđộtiế ndụngc ụ

V xy

(mm/phút)

Tốcđộq u

a y trụcchín hn(vòng/

phút)

Bước xuống dụngc

ụ V z ( mm)

Đường

k í n h d ụngc ụ D(mm )

Tốcđộtiế ndụngc ụ

V xy

(mm/phút)

Tốcđộq u a y trụcchínhn(

Tốcđộ quayt r ụ c ch ínhn(vòng/p hút)

tổngh ợ p c ủ a l u ậ n án,cóý nghĩat h ự c tiễns o vớic á c côngtrìnhnghiêncứutrướcđây.5.2 Hướngpháttriểncủaluậnán

 Thựchiệnnghiênc ứ u vớin h i ề u loạivậtliệutấmh ơ n , hoànthiệnphầnmềmtracứuthânthiệndễ sửdụngvàcóđộtincậycaohơncũngnhưgiaod i ệ n đẹphơn

 Kiểmchứng,hiệuchỉnhcácchếđộgiacôngthôngquanhiềuthựcnghiệmt r ê n nhiềumáySPIFkhácnhaunhằmhoànthiệnhơnnữađộ tin cậy củasốliệu

 HoànthiệntàiliệuhướngdẫnthựchànhSPIFnhằmtăngcườngkhảnăngứ n g dụngcủa côngnghệmớivàosảnxuất

 NghiêncứunângcaokhảnăngtạohìnhvàchấtlượngsảnphẩmSPIFtrênđ ồ gánghiênghoặctrụcdụngcụnghiêngtrênmáy5trục.Quantâmđếnb i ệ n phápgianhiệt(HotSPIF)để nângcaotínhnăngtạohìnhcủacôngnghệnày

30 7

HƯỚNGPHÁTTRIỂNLUẬNÁN 5.1 Kếtluậnchung

 Thựchànht hự c nghiệmtrên máySPIFchuyênd ù n g đểkiểmchứngcáckếtq u

ả môphỏng số;thiếtlậpđượccácphươngtrìnhhồiquybiểudiễnc á c quyluật

ảnhhưởngcủa các thông sốtạohìnhnhưbước xuốngdụng cụ

Thông số kết quả thực nghiệm thép tấm SS330

2.3.

ươngtrìnhhồiquyđượcxâydựngtrong2chươngtrước,phầnmềmMicrosoftExcelđượcchọnđểthựchiệnbàitoántốiưuvìtínhphổbiếnvàđơngiảnc ủ a n ó Kếtquảc ủ a nghiêncứutốiư u c h o phépc h ọ n l ự a cáct h ô n g sốcôngnghệphùhợpđể

ENGINEERxuấtrat r o n g giaiđoạngiacôngtạohìnhtrênmáyvớicácthôngsốtìmđược

Đểdễdàngtracứu,mộtsổtaytracứuchếđộtạohìnhSPIFcũngđượcx â y dựnggiúpngườivậnhànhSPIFcóthểtracứunhanhchóngcácthôngsốt ạ ohìnhSPIFtrongứngdụngthựctế.Chitiếtthựchiệnvàchươngtrìnhnguồnc ủ a phầnmềmtracứuđượctrìnhbàytrongphụlụcE[62]

28 9

Hình 4.4Giaodiệnphầnmềmtra cứuthôngsốtạohìnhcủa 3loạivật liệu

Hình 4.5Giaodiệnkếtquảt r a cứuthôngsốtạohìnhcủathépSUS304

2.3.3 ThôngsốkếtquảthựcnghiệmthépkhônggỉSUS304

ínhhìnhhọccủasảnphẩmbéhơnđ ư ờ n g kínhdụng cụ.Tómlạiđể tă ngkhản ă n g tạohìnhc

ầngiảm z nhưvậynăngsuấtt ạ o hìnhcũngsẽgiảmtheo;Thépkhônggỉcókhảnăngtạohìnhk

nc á c đ ồ t hị biểud i ễ n ảnhhưởngcủacácthôngsốbanđầuđếnyếutốđầuratươngứnggiúpdựbáođượckếtquảtrướckhitạohìnhthựcnghiệm.TạocôngcụxuấtchếđộgiacôngrafilecóthểnạptrựctiếpvàophầnmềmCAM

Hình 4.3Sơđồgiảithuậtphầnmềmtracứuthôngsố tạohình

Vớilượngt i ế n d ụ n g c ụ x u ố n g  z >1,16đểg i ả m l ượ ng p h ụ c h ồ i ∆ D n h ằ m nâ ng caođộ chínhxáckíchthướctheophươnghướngkínhvàđộchínhxáchìnhhọckhitạohìnhn h ô m tacầnchọ nDcànglớncàngtốt.Ngượclạikhichạydụngcụxuốngchậmthìđườngkínhdụngcụphảicàngnhỏcà ngtốt; Vớiđườngkínhdụngcụlớnhơn6,66đểgiảm lượngphụchồi∆Dnhằmnângcaođộchínhxáckíchthướctheophươnghướngkínhvàđộchínhxá chìnhhọckhitạohìnhnhômtacầnchọnV xy cànglớncàngtốtđiềunàylàmtăngnăngs u ấ t tạ ohình.NgượclạikhidụngcụcóD<6,66t hì phảichọnlượngtiếndụngcụV xy càngn h ỏ càngtăn gđộchínhxác.

 ThéptấmS S 3 3 0

ΔDD=0,27+0,117D+0,649Vxy–0,141D.Vxy

 Đểg i ả m l ư ợ n g p h ụ c h ồ i phươngh ư ớ n g kínhc ủ a thépS S 3 3 0 cầnt ă n g đườngkínhD c ủ a d ụ

n g cụ,điềunàygiúptăngnăngsuấtnhưngbịgiớihạndođườngkínhDcủadụngcụphảin h ỏ hơnb ánkínhcongRcủasảnphẩm;đểgiảmlượngphụchồiphươnghướngkínhthépSS330cầntăngđ ườngkínhDcủadụngcụcànglớncàngtốt,điềunàygiúptăngnăngsuấtn h ư n g b ị

g i ớ i hạndođườngkính D của dụngcụphảinhỏhơnbánkínhcongR của sảnphẩm;LượngphụchồitheophươngđườngkínhcủathépSS330tỉlệthuậnvớiđườngkínhDcủ

cV xy t h ì đườngkínhdụngcụDvàlượngtiếndụngc ụ  z càngbécàngtốt.Tómlại,đểtăngđộc hínhxáctạohìnhcủathépkhônggỉSUS304cầngiảmvậntốcchạydụngcụV xy ,đườngkínhDcủadụng cụvàlượngtiếnxuốngz,c ò n sốvòngquaycủadụngcụnkhôngảnhhưởng.

LượngphụchồiH(mm)

 ∆H=0,4+0,4225z-0,076D+0,000312Vxy

-0,00004n+0,121D.z-0 , -0,00004n+0,121D.z-0 -0,00004n+0,121D.z-0 -0,00004n+0,121D.z-0 7 zVxy+0,000018DVxy

 VớigiátrịvậntốcV xy cao,lượngphụchồinghịchbiếnvớiz.Vậyđểtăngđộchínhxáct ạ o hìnhcầntă ngcáclượngchạydụngcụV xy vàz,điềunàycũnglàmtăngnăngsuấttạohình;Lượngphụchồitheoph ương∆HcủanhômA1050-

∆ z ,tỷlệnghịch vớiV xy ,không chịuảnhhưởngn

Dovậy,đểtăngđộchínhxáctạohìnhhaygiảmlượngphụchồitaphảităngV xy đồngthờigiảm∆ z vàđườngk

Nhậnxét:Tốiưuhóa theo năng suấttạohìnhbằngtốiưucựctiểuthờigiantạoh ì n h c h o thấy:

 Chỉc ó thépmềmS S 3 3 0 c ầ n đườngkínhD l ớ n tuyn h i ê n p h ả i b é hơn

<2Rmincủabềmặtsảnphẩmcầntạohình,còncácvậtliệukháccầnchọnđườngkínhdụngcụbé;

 Tốcđộquaydụngcụ nkhôngcần phảilớnđốivớitấtcảvậtliệukimloại;

 VậntốcchạydụngcụVxycànglớncàngtốttrongkhilượngtiếndụngcụx u ố n gkhoảng1mm

Bảng4.5 Tổngkếttốiưutheonăngsuấttạohìnhcủa3loạivậtliệu(C[62])

SS330

ThépkhônggỉSUS304

- Gócgiớihạntạohìnhtạivịtrímẫuráchtrongmôphỏng dotạiđóứngsuấtvượtquágiátrịgiớihạn.

- Lượngphụchồisautạohìnhthôngquaviệcsosánhbiêndạngcủatấmvàb i ê n dạngthiếtkếtừPro/

ENGINEER.Saisốgiữa2biêndạngthựcvàthiếtkếc h í n h làlượngphụchồiđượcdùnglàmgiátrịbùtrừsaisốkhitạohìnhSPIFt r o n g thựctếsảnxuất

3.2 Biếndạngdẻo,quan hệgiữaứngsuấtvàbiếndạngtrongvùngdẻo

Biếndạngdẻolàhiệntượngbiếndạngkhôngphụchồi,dođóđịnhluậtHookekhôngc ò n đ ú n g n h ư đốivớimiềnđ à n h ồ i n ữ a Biếnd ạ n g d ẻ o đượcnghiêncứutrongbàitoánSPIFvìđâymộtquátrìnhbiếndạngdẻophứctạpcóc ả

h i ệ n tượnghồiphục sautạohìnhdotínhchất đàndẻocủavậtliệu

Hình3.1:Môhìnhdẻo(c)đượcchọndophùhợpkếtquảcủaPTNCôngnghệvậtliệu

Vậtliệu A1050-H14 SS330 SUS304

H14bằngSolvertrongô$F$3là8 00giátrịmaximunvớicácthôngsốtạohìnhVz=0,1067mm,đườngkínhD=3,VXY=0,4m/ph vàsốvòngquaytrụcchínhn=200,0003vg/ph

tạohình(PhụlụcC[62])củacácvậtliệukhácnhưthépkhônggỉSUS304,vàthéptấmSS330vớiphươngtrìnhhồiquyt r o n g (4.1)tacócácbảngtổngkếtsauđây:

Hình3.2:a - M á y SPIFd ù n g t h ự c nghiệmt r o n g

DCSELABb-Tạoh ì n h n h ô m tấmA 1050-H14trênmáySPIFc-Côngsuấtnhậntrênmànhình

Bảng4.1:Tổngkếttốiưuthôngsố tạohìnhcủa3loại vậtliệu

Bảng4.2TổngkếttốiưutheolượngphụchồitheophươnghướngkínhDc ủ a 3loạivậtliệu

Hình3.6:Phânbố ứngsuấttrêntấmtại 3độsâukhácnhau

Hình3.7:BiểuđồphânbốứngsuấtcủacácloạivậtliệuchocácmôphỏngH ì n h 3.7trìnhbàyphânbốứngsuấttrênđườngdẫnngangquatâmcủa

sảnphẩm.Mỗitrườnghợpmôphỏngsẽvẽđượcbiểuđồphânbốứngsuấttạit ừ n g độsâu cho đếnkhicó dấu hiệuvượtquáứngsuấtphá huỷcủavậtliệutrênmẫuđótạiđộsâuh,từđótínhgóctạohìnhlớnnhất đạtđược

NhômA1050-H14 Thứtự

Bướcxuố

ngdụngcụ

 z (mm)

Tốcđộ tiếndụngcụ

V xy (mm/ph út)

Tốcđộ quayt r ụ c ch ínhn(vòng/p hút)

Bước xuống Đường kính dụng cụ D (mm) Lượng phục hồi ∆H (mm)

Tốc độ tiến dụng cụ VTốc độ quay trục chính n (vòng/ phút) Lượng phục hồi ∆D (mm)

Góc tạo hình ( 0 )

(mm/ phút) dụng cụ  z

800 800 800 800 3000 3000 3000 3000

2000 400 400 2000 400 2000 2000 400

65,38 67,46 62,18 64,32 66,42 64,32 67,46 66,42

0.69 0.45 0.38 0.41 0.35 0.55 0.48 0.51

0,52 0,85 0,49 0,32 0,36 0,37 0,72 0,59

ƯUT H E O HÀMMỤCTIÊU 4.1 Mụcđíchvàyêucầu

Tốiưuhóacácthôngsốcôngnghệtheohàmmụctiêulàtìmcựctrịcủac á c thôngsốđầuratheocácgiátrịcủathôngsốtạohìnhtrongđiềukiệnràngb u ộ c haylàmbàitoánngượcnhằmtìmgiátrịcủacácthôngsốcôngnghệ(z,D,Vxyvàn)theocácgiátrịmụctiêuđầura:

- Khảnăngtạohìnhlớnnhất(giátrịcựcđại)

- Độchínhxáckíchthướcvàhìnhdạngcaonhất(DvàHcựctiểu)

- Độnhấp nhôbềmặtcaonhất(Rzcựctiểu)

- Năngsuấttạohìnhcaonhất(ThờigiantạohìnhTgcựctiểu)Vớikếtq u ả tốiư u t r ê n , luậná n c ũ n g s ẽ x â y d ự n g c á c c ô n g c ụ ( p h ầ nmềm,biểubảng)tracứuchếđộgiacông tạo hìnhSPIFđể phụcvụtạo hìnhtấmbằngcôngnghệSPIFtrongthựctiễn

4.2 Trình tựtốiưuhóatheohàmmụctiêuB ư ớ c 1:Thiếtlập

hàmmụctiêu:

Vớikhảnăngtạohìnhvàđộchínhxáchìnhhọcgâyradolượngphụchồicầnp h ố i hợpkếtquảmôphỏngvàthựcnghiệm

Vớiđộnhấpnhôbềmặtvànăngsuấttạohìnhthìdùngcácphươngtrìnhhồiq u y thựcnghiệmdomôphỏngkhôngchosảnphẩmthựcvàthờigiantạohìnht h ự c

20 17

ThépkhônggỉSUS304 Thứtự

Bướcxuống dụngcụ z

(mm)

Đườngk

í n h dụn gcụD ( mm)

Tốcđộ tiếndụngcụ

V xy (mm/ph út)

Tốcđộ quayt r ụ c ch ínhn(vòng/p hút)

sánhk ếtquảt hựcng hiệmv àkếtq uảmô phỏng

Biểu đồsosánhsaisốgóctạohìnhmôphỏngvàthựcnghiệm:

ThépkhônggỉSUS304

Sos á n h kếtq u ả môp h ỏ n

g vàkếtq u ả t h ự

c nghiệmt r o ngchương2 c h o t

- QuytrìnhmôphỏngtạohìnhSPIFbằngphầnmềmABAQUS:đượctrìnhb à y trong[62];