Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm để tạo hình chi tiết có biên dạng phức tạp

Công nghệ dập thủy tĩnh được nghiên cứu và ứng dụng sản xuất các chi tiết dạng tấm và ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cáo áp tác dụng trực tiếp lên bề... - Ưu điểm, nhược điểm và ứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TẠ THỊ HƯƠNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM

ĐỂ TẠO HÌNH CHI TIẾT CÓ BIÊN DẠNG PHỨC TẠP

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ TRUNG KIÊN

LỜI CẢM ƠN

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

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Đắc Trung và TS Lê Trung Kiên đã tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn

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

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

Học viên

Tạ Thị Hương

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 9

3 Phương pháp nghiên cứu 9

4 Tóm tắt nội dung chính 9

5 Kết luận 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 8

1.1.Giới thiệu chung 12

1.2 Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp sử dụng chất lỏng cao áp 17

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 21

Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 23

2.1 Trạng thái ứng suất, biến dạng trong dập thủy tĩnh 27

2.2 Miền làm việc của các thông số công nghệ chính khi DTT chi tiết tấm 29

2.3 Tính toán kích thước phôi 30

2.4 Kích thước và hình dáng sản phẩm 31

2.4.1 Giới hạn chảy 33

2.4.2 Ứng suất chảy của vật liệu và khả năng biến dạng tấm 34

2.5 Tính lực cắt phôi 36

2.6 Tính lực tạo hình và lực chặn 36

2.6.1 Áp lực tạo hình 36

2.6.2 Lực chặn phôi 37

Kết luận chương 2 33

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH GÓC LƯỢN CỐI THỦY TĨNH BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 34

3.1 Giới thiệu phần mềm DYNAFORM 38

*) Mô hình vật liệu 41

*) Một số thao tác thực hiện trên máy mô phỏng 42

3.2 Kết quả mô phỏng 45

Tổng hợp kết quả ta được bảng thông số sự phụ thuộc giữa bán kính góc lượn cối RC, Rct , và lực chặn Qđể chi tiết tạo hình đạt hình dáng và kích thước yêu cầu: 51

Nhận xét: 53

Kết luận 56

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO CHI TIẾT 54

4.1 Yêu cầu và các thành phần hệ thống 58

4.2 Cấu tạo hệ thống dập thủy tĩnh 60

4.3 Khuôn thí nghiệm 61

4.4 Hệ thống thu thập và xử lý số liệu 61

4.6 Máy ép thủy lực 66

4.7 Lắp ráp hệ thống 68

4.8 Tiến hành thực nghiệm 70

Kết luận chương 4 68

Tài liệu tham khảo 70

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang Hình 1.1 Phân loại các phương pháp tạo hình bằng cách sử dụng chất

lỏng cao áp

7

Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị dập bằng chất lỏng cao áp 7

Hình 1.3 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống 7

Hình 1.4 Nguyên lý cơ bản của dập thủy tĩnh phôi tấm 8

Hình 1.5 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm 8

Hình 1.6 Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm 9

Hình 1.7 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền

Hình 1.9 So sánh ưu điểm của phương pháp dập thủy tĩnh với phương

pháp dập vuốt thường khi dập các vật liệu thép có độ cứng cao

10

Hình 1.10 Hình ảnh máy dập sử dụng chất lỏng áp suất cao 10

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

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

Hình 1.13 Phôi đặt vào lòng khuôn 10

Hình 1.14 Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm 11

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

Hình 1.16 Dạng trục bậc, trục cam 11

Hình 1.17 Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy 12

Hình 1.18 Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm 12

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

Hình 1.20 Mức độ dập vuốt tăng lên khi dập thủy tĩnh 13

Hình 1.22 Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm 14

Hình 1.23 So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống 14

Hình 1.24 Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm 15

Hình 1.25 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền

Hình 1.27 Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe) 16

Hình 1.28 Các chi tiết có dạng không gian rỗng trong xe ô tô 16

Hình 1.29 Sản phẩm lệch vành khi dập thủy tĩnh do sự chảy không ổn định 16 Hình 1.30 Hình ảnh thí nghiệm bị biến mỏng 17 Hình 1.31 Tỉ lệ công bố khoa học theo khu vực và theo năm công bố 18 Hình 1.32 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh

tấm

19

Hình 1.33 Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm đơn 19 Hình 1.34 Các kết cấu của đối áp khi dập phôi tấm đơn 19 Hình 1.35 Kết cấu cối có phần di chuyển 20 Hình 1.36 So sánh biến mỏng khi thực nghiệm có cối di chuyển và không cối di chuyển

20

Hình 1.37 Chu kỳ tác động áp suất dạng sóng va đập 20 Hình 1.38 Sơ đồ kết nối các phần tử đo và thu thập dữ liệu đo 21 Hình 1.39 Các thông số ảnh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo

Hình 1.49 Đường quan hệ lực – biến dạng khi kéo thử mẫu 26

Hình 1.50 Ứng suất và giới hạn rách sản phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm 26 Hình 1.51 Đường cong giới hạn tạo hình FLD 26

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

26 cong tới hạn

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

Hình 1.54 Khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối 27

Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thông thường 30

Hình 2.2 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy cơ 30

Hình 2.3 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy tĩnh 31

Hình 2.4 Phần phôi ép vào thành (chiều cao h) khi đi qua bán kính góc lượn cối

31

Hình 2.5 Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng vùng tự do trong cối thủy tĩnh khi

có 32 đối áp bằng chất lỏng

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

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán dập chi tiết có độ cong kép 33

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

34 chỏm cầu

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

Hình 3.1 Thông số mẫu thí nghiệm kéo JIS-5 36

Hình 3.2 Mẫu thí nghiệm kéo theo 3 hướng 37

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

37 System,hệ thống đo lực / biến dạng

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

Hình 3.16 Sản phẩm nhăn do không đủ lực chặn 45 Hình 3.17 Sản phẩm rách do lực chặn quá lớn 45

Hình 3.19 Độ kéo phôi vào so với phôi ban đầu 45 Hình 3.20 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình và lực chặn khi X1= 0.5 46 Hình 3.21 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1 = 0.1 46 Hình 3.22 Sản phẩm với chiều cao Hi = 5 mm 47 Hình 3.23 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.2 47

Hình 3.24 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 10 mm 47 Hình 3.25 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.3 48 Hình 3.26 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 15 mm 48 Hình 3.27 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.4 49 Hình 3.28 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 20 mm 49 Hình 3.29 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi

Hình 4.3 Hình ảnh và thông số xi lanh đối áp 67Hình 4.4 Lắp nửa khuôn dưới và nửa khuôn trên 68Hình 4.5 Lắp hệ thống đo hành trình 69Hình 4.6 Căn chỉnh khuôn dập thủy tĩnh vật liệu sau khi lắp hoàn chỉnh 71Hình 4.7 Một số hiện tượng sai hỏng trong quá trình tạo hình 71Hình 4.8 Cài đặt, thu thập và xử lý tín hiệu thí nghiệm 74Hình 4.9 Kết quả sau khi dập thủy tĩnh với các chế độ áp suất khác nhau 74  

2010, tầm nhìn đến 2020, nhằm tập trung phát triển ngành cơ khí hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy các nguồn lực trong nước, kết hợp với nguồn lực nước ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia, phấn đấu đến năm 2020, ngành cơ khí đáp ứng 45-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí trong nước và xuất khẩu 30-35%

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

Ngoài công nghệ tạo hình truyền thống sử dụng chày cứng – cối cứng, công nghệ gia công áp lực hiện nay sử dụng các công nghệ mới nhằm giảm số lượng các nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm, tránh được các khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn Một trong những phương pháp gia công áp lực tiên tiến hiện nay là

sử dụng chất lỏng cao áp để tạo hình Dập bằng chất lỏng áp lực cao có 2 phương pháp chính đó là : Công nghệ dập thủy tĩnh và dập thủy cơ

Công nghệ dập thủy tĩnh được nghiên cứu và ứng dụng sản xuất các chi tiết dạng tấm và ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cáo áp tác dụng trực tiếp lên bề

mặt của phôi gây biến dạng vật liệu Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong trường hợp dập phôi tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống Các sản phẩm dập thủy tĩnh rất đa dạng và được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô

Trong thời gian qua các nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh đã được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Để tiếp nối những nghiên cứu trước

trong nội dung nghiên cứu này tác giả lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ dập

thủy tĩnh phôi tấm để tạo hình chi tiết có biên dạng phức tạp” Các kết quả nhận

được từ nghiên cứu có thể là một tài liệu tham khảo tốt cho những nhà nghiên cứu

và các nhà làm công nghệ

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

Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu ảnh

hưởng của các thông số hình học của cối thủy tĩnh đến khả năng tạo hình chi tiết

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán thông số công nghệ dập thủy tĩnh chi

tiết cốc trụ đường kính 60mm: áp suất, bán kính góc lượn chi tiết, cối, và lực chặn;

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các lý thuyết cơ bản từ đó tiến hành mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng kết quả một trường hợp

3 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ dập thủy tĩnh, mô hình vật liệu, tiến hành mô phỏng số, làm thực nghiệm

4 Tóm tắt nội dung chính

Nội dung chính của luận văn bao gồm 04 chương sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh

- Tìm hiểu về công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp nói chung, dập thủy tĩnh nói riêng;

- Đưa ra được đặc trưng của công nghệ dập thủy tĩnh với phôi tấm, phôi ống;

- Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của các sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thủy tĩnh;

- Tìm hiểu về tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới;

Chương 2: Một số cơ sở lý thuyết tính toán

- Nghiên cứu về đặc điểm của trạng thái ứng suất biến dạng tồn tại trong phôi khi dập thủy tĩnh;

- Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối bằng mô phỏng

Chương 4 Thực nghiệm chế tạo chi tiết trong một trường hợp

- Nghiên cứu về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của công nghệ dập thủy tĩnh, từ đó lựa chọn thiết bị phù hợp

được chế độ công nghệ phù hợp là:

5 Kết luận

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả chính sau:

- Xuất phát từ nghiên cứu các cơ sở lý thuyết và đặc trưng của công nghệ dập thủy tĩnh tác giả đã mô phỏng thành công bài toán dập thủy tĩnh trên phần mềm DYNAFORM

- Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối thủy tĩnh trong các trường hợp bán kính góc lượn cối: 2mm, 3mm, 4mm, 5mm và 6mm tới lực chặn, áp suất chất lỏng lòng cối Từ đó xây dựng được đồ thị 3 chiều các miền

làm việc của áp suất chất lỏng p (pmin; pmax) , lực chặn Qmin phụ thuộc vào các thông

số là các bán kính Rc và Rct

- Từ những kết quả mô phỏng đạt được tác giả tiến hành làm thực nghiệm chế tạo thành công chi tiết dựa trên hệ thống trang thiết bị sẵn có của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Các kết quả trong nghiên cứu này có thể được làm tại liệu tham khảo cho các nhà công nghệ sau này trong việc tính toán thiết kế khuôn chế tạo các chi tiết bằng phương pháp dập thủy tĩnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH

1.1 Giới thiệu chung

Công nghệ dập thủy tĩnh nằm trong nhóm công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp (hình1.1) Chất lỏng cao áp được cung cấp bởi hệ thống tăng áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của phôi gây biến dạng theo hình dạng của cối (dập thủy tĩnh phôi tấm) và theo hình dạng hai nửa khuôn trên và khuôn dưới (dập thủy tĩnh phôi ống)

Hình 1.1 Phân loại các phương pháp tạo hình bằng cách sử dụng chất lỏng cao áp

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

khiển, Cácte chứa dầu, các bình lọc dầu, và một vài chi tiết dập vuốt khác hiện nay được chế tạo bằng phương pháp này

Dập bằng chất lỏng cao áp thường sử dụng với 2 loại hình :

- Tạo hình ống

- Tạo hình tấm

Các thiết bị sử dụng cho công nghệ dập này thường là thiết bị chuyên dụng,

hệ thống bao gồm máy ép thủy lực (dùng để chặn), hệ thống cung cấp chất lỏng cao

áp (dùng để tạo hình), hệ thống điều khiển và đo các thông số trong quá trình tạo hình

Hình 1.2 Sơ đồ thiết bị dập bằng chất lỏng cao áp; A-Dập thủy tĩnh phôi

tấm[22,36]; B-Dập thủy tĩnh phôi ống[37]; C-Dập thủy cơ phôi tấm[11];

C)

Dập thủy tĩnh phôi ống:

Dập thủy tĩnh phôi ống (hình 1.3) là phương pháp dùng nguồn chất lỏng cao

áp để biến dạng các chi tiết từ phôi ban đầu dạng ống thành các chi tiết nối, khung ô tô… Phương pháp này sử dụng chất lỏng cao áp để biến dạng bên trong ống phôi còn máy ép có tác dụng đóng khuôn Khi áp suất bên trong lòng ống tăng lên cũng

là lúc lực dọc trục tác dụng làm phôi được đẩy vào trong lòng cối, lúc đó áp suất đạt giá trị lớn nhất để tạo hình chi tiết Dưới tác dụng của các thông số chính của quá trình là lực tác dụng dọc trục, áp suất bên trong tạo hình … ống được biến dạng theo hình dạng chính xác theo cối

Hình 1.3 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống [5]

Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống có thể được chia thành các bước sau [13, 18]:

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

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

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

B1 

B2

B3 

B4 

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

- Dỡ sản phẩm ra khỏi khuôn, thực hiện các nguyên công tiếp theo như đột

lỗ, cắt mặt đầu theo yêu cầu bằng khuôn hoặc cắt laser

Dập thủy tĩnh phôi tấm:

Dập thủy tĩnh phôi tấm là phương pháp dùng nguồn chất lỏng cao áp có tác dụng như chày để biến dạng phôi tấm theo biên dạng của cối Công nghệ này được ứng dụng phổ biến sản xuất linh hoạt với quy mô loạt nhỏ, một trong những ứng dụng chính công nghệ này là công nghiệp ô tô xe máy

Hình 1.4 Nguyên lý cơ bản của dập thủy tĩnh phôi tấm [5, 13]

Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm có thể được chia thành các bước sau [13]:

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

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

- Giai đoạn tiếp theo là quá trình áp suất tăng lên tối đa để biến dạng phôi tấm chính xác theo biên dạng của cối: Chất lỏng cao áp là chày vuốt phôi tấm qua góc lượn của cối làm biến dạng tấm kim loại áp sát vào lòng cối, hình dạng của sản phẩm đạt được chính xác theo biên dạng cối Áp suất chất lỏng cao áp thông thường được áp dụng trong khoảng từ 30 ÷ 500 MPa [16]

Hình 1.5 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm [5]

Các phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm:

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

- Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

- Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm

Hình 1.6 Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm [15]

Ngoài ra, dập thủy tĩnh phôi tấm còn có thể kết hợp dập vuốt truyền thống trước khi có sự tác dụng của áp suất thủy tĩnh:

Hình 1.7 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền thống [15]

Hình 1.8 Nguyên lý dập thủy tĩnh cặp phôi tấm kết hợp dập vuốt truyền thống [15]

1.2 Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp sử dụng chất lỏng cao áp

a) Ưu điểm

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

Mức độ biến dạng lớn: dập bằng chất lỏng cao áp cho phép tạo ra sản phẩm với mức độ biến dạng lớn hơn so với phương pháp dập vuốt truyền thống

suất đạt giá trị yêu cầu thì tấm tiếp xúc với dụng cụ nên đảm bảo quá trình hình thành chi tiết không có sự cào xước

Cho phép tạo hình các loại vật liệu khó biến dạng: Phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp có khả năng biến dạng với mức độ biến dạng tối ưu các vật liệu có trở lực biến dạng lớn như: thép không gỉ, magie, titan [12] hoặc các hợp kim đặc biệt Với những tấm kim loại có chiều dày từ 0.05 đến 6 mm, khả năng biến dạng của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp lớn hơn nhiều so với phương pháp dập vuốt thông thường

Hình 1.8 So sánh ưu điểm của phương pháp dập thủy tĩnh với phương pháp dập

vuốt thường khi dập các vật liệu thép có độ cứng cao

Tiết kiệm chi phí dụng cụ: Chi phí sản xuất khuôn mẫu trong phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp có thể giảm đến 80% so với phương pháp dập truyền thông [11,14], do nguyên nhân số lượng nguyên công có thể giảm, chỉ cần chày hoặc cối khi tạo hình

Trong nguyên công tạo hình các chi tiết ống : Phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp các chi tiết ống làm khung và dầm ô tô làm giảm tối đa trọng lượng xe

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

b) Nhược điểm

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

áp cao, cùng hệ thống điều khiển phức tạp nên các trang thiết bị sử dụng cho hệ thống thường đắt tiền

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

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

Hình 1.9 Hình ảnh máy dập sử dụng chất lỏng áp suất cao

c) Ứng dụng

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

Hình 1.10 Ứng dụng của phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp đối với

ngành công nghiệp ô tô; A- Một số chi tiết trong ô tô; B-Hình ảnh thực tế chế tạo

khung ô tô

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

Các chi tiết làm mối nối đường ống dẫn, ống chịu lực: Các chi tiết mối nối đường ống dẫn là chi tiết không gian cơ bản Các mối nối, các đầu giao chéo nhau

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

Hình 1.11 Sản phẩm ống nối, ống dẫn được chế tạo bằng công nghệ dập thủy tĩnh

Các chi tiết trục bậc hoặc trục cam rỗng: Nhìn chung các chi tiết này có tiết diện dọc nhiều bậc Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thuỷ tĩnh

Hình 1.12 Chi tiết dạng trục bậc, trục cam

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới

1.3.1 Trên thế giới

Theo tài liệu [20] Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở trường Đại học Bách khoa Lêningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng hợp Quốc gia Sankt – Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng trong sản xuất Kết quả của các nghiên cứu này đã được đăng trong các công trình khoa học ở Nga và các nước khác …Tại Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành công

và đưa vào áp dụng công nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng ôtô ở Đức

và một số nước Châu Âu Đã có 120 bài báo, 90 phát minh được công bố từ năm

1996 – 2003 Điều này đã chứng minh cho một khuynh hướng phát triển về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo hình thủy lực

Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đang áp dụng có hiệu quả phương pháp tạo hình thủy lực để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp Đặc điểm của phương pháp là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng Phôi ban đầu có thể là kim loại tấm, dạng ống hoặc tấm hàn.Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này được bắt đầu từ những năm 60, song tới tận những năm 80 của thế kỷ 20 thì nó mới được nghiên cứu và áp dụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể Tại hàng loạt các nước như Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Thụy Điển đã ứng dụng 9 công nghệ tạo hình thủy cơ trong công nghiệp ôtô và hàng không Nhiều hội nghị Quốc tế đã giới thiệu công nghệ này với sự tham gia của các thành viên là các hãng và tổ chức lớn Tại hội nghị Quốc tế “ESAFORM 2003” ở thành phố Xalernơ (Italia) về công nghệ gia công kim loại thì phương pháp

công nghệ thủy lực đã gây được sự chú ý lớn Một trong số các chuyên gia nổi tiếng

trong lĩnh vực tạo hình bằng thủy lực như giáo sư Clauxzighert người Đức nói

“Công nghệ tạo hình thủy lực ngày nay là một trong các đề tài ý nghĩa nhất của công nghệ sản xuất”

Hiện nay, ở trường Đại học Giao thông – Tây An (Trung Quốc) có nhiều

nghiên cứu sinh đang làm các đề tài về dập thủy cơ và thủy tĩnh Điều này chứng tỏ

dập tạo hình thủy lực đang thu hút sự quan tâm chú ý của các nước công nghiệp phát triển trên thế giới

Ngày nay, do đòi hỏi về tính kinh tế và môi trường, xu hướng tiến tới cấu trúc nhẹ (lightweight construction) cũng như nhu cầu về dạng cấu trúc nhẹ ngày càng tăng đòi hỏi công nghệ tạo hình phải đáp ứng cho nó Một bước tiến quan trọng vượt qua những giới hạn của công nghệ tạo hình truyền thống là quá trình tạo hình thủy lực, nó được đặc trưng bởi tính linh động cao, cho phép chế tạo những hình dạng chi tiết phức tạp ngay cả khi sử dụng thép hợp kim độ bền cao hoặc hợp kim nhôm và mangan nhẹ Tương phản với tạo hình thủy lực của ống và những profile khác được biết đến nhiều trong sản xuất công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm được giới hạn trong một vài trường hợp riêng biệt ở quá khứ mặc dù những thuận lợi về công nghệ đã có nhiều thay đổi Từ năm 2000, môi trường làm việc được dựa trên cơ sở quá trình tạo hình kim loại tấm (với khí và nước – dầu – nhũ tương như những môi trường làm việc) đã được phối hợp nghiên cứu trong chương trình DFG Priority Programme PP 1089

“Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung” Công việc nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiết bị, thiết kế 10 quy trình

và cả quá trình ứng xử của vật liệu bằng mô phỏng và thực nghiệm để đưa ra những hiểu biết cơ sở cho những ứng dụng tương lai của dập vuốt thủy cơ, tạo hình thủy lực cặp vật liệu tấm (Sheet metal forming pairs) , tạo hình kim loại tấm áp suất cao

và môi trường làm việc dựa trên cơ sở quá trình tạo hình tốc độ cao (hydromechanical deep drawing, hydroforming of double sheets, high – pressure sheet metal forming, and working media based high – speed forming processes) Những chi tiết có hình dạng phức tạp được tạo hình tốt do tính ổn định và cải tiến của kỹ thuật điều khiển quá trình tạo hình mới này Phạm vi ứng dụng có thể được

mở rộng để tạo hình thủy lực như phôi hàn, phôi cán hàn và phôi kết nối… (Steel research international 76 2005, No.12, December Publishers: Steel Institute VDEh Max-Planck-Institut fu r Eisenforschung; ASMET⋅Autrian Society for Metallurgy and Materials, Revue de Métallurgie)

Có thể thấy rằng các nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh là khá đa dạng

và phổ biến Hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển Trên hình

1.13, hình 1.14 biểu diễn quá trình mô phỏng cũng như thực nghiệm công nghệ dập

thủy tĩnh chi tiết chữ T

Hình 1.13 Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo ống nối chữ T;

A-Mô phỏng công nghệ; B-Thực nghiệm chế tạo

Hình 1.14 Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo ống nối có dạng bậc;

A-Mô phỏng công nghệ; B-Thực nghiệm chế tạo

Trên hình 1.15, hình 1.16, hình 1.17 biểu diễn kết quả nghiên cứu của tác giả

H Nezami Esfahlan và nhóm nghiên cứu khi nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh trên vật liệu Ti6Al4V Các kết quả của nhóm nghiên cứu nhận được rất đa dạng

và bao trùm hẫu hết các đặc điểm công nghệ dập thủy tĩnh Từ việc nghiên cứu khả năng mất ổn định ở vành biên (nhăn vành) thể hiện trên hình 1.16 đến sự phá hủy bên trong vật liệu khi tạo hình trên hình 1.17 Trên hình 6.18 là sự so sánh về kết quả mô phỏng và thực nghiệm sau khi dập thành công chi tiết

Hình 1.15 Hiện tượng nhăn khi dập; A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng

Hình 1.16 Hiện tượng rách phôi;A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng

Hình 1.17 So sánh kết quả sau khi dập thành công;A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng

1.3.2 Trong nước [19]

Phương pháp dập thủy tĩnh đã và đang được nghiên cứu ở Việt Nam do tính

ưu việt nổi trội của nó Một số nghiên cứu khảo sát về công nghệ dập thủy tĩnh được

đề cập trong các đề tài tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ và các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp (cấp Nhà nước, cấp Bộ …)

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

và nghiên cứu về 28 công nghệ dập thủy tĩnh trong môn học “Công nghệ tạo hình đặc biệt, Công nghệ tạo hình tiên tiến” Các số liệu tính toán và kiến thức vẫn được

dịch chủ yếu của Liên Xô cũ [5], các nội dung vẫn quá trình khi tạo hình các chi tiết

là các sơ đồ công nghệ, công thức vẫn sử dụng giả thiết khi biến dạng vật liệu không có sự biến mỏng chiều dày Hiện tại các đề tài tốt nghiệp đại học vẫn đang tính nghiên cứu về nguyên lý và cơ chế tạo hình Phương pháp chủ yếu là sử dụng

mô phỏng số để nghiên cứu xác định các thông số chính có ảnh hưởng như thế nào đến quá trình tạo hình, khả năng biến dạng …

Lĩnh vực dập thủy tĩnh cũng được các đề tài nghiên cứu khoa học đầu tư nghiên cứu:

- Nhóm nghiên cứu Đề tài cấp Nhà nước Mã số KC.05.19 đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống công nghệ để dập thành công các chi tiết dạng ống bằng công nghệ dập thủy tĩnh mở đầu cho phát triển loại hình công nghệ này tại Việt Nam Đề tài

mang tính chất khẳng định công nghệ khi tạo hình hai dạng sản phẩm chính là ống xiphông và ống chữ T mà chưa đi sâu nghiên cứu các thông số công nghệ

- Với vật liệu dạng tấm, nhóm nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ,

thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao” do Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp – Bộ Công Thương chủ trì

đã nghiên cứu chế tạo thành công cặp chi tiết dạng tấm bằng phương pháp dập thủy tĩnh Tuy nhiên cũng chỉ dừng lại ở mức độ tạo ra được sản phẩm theo yêu cầu mà chưa thu thập được các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh

Hiện nay, các nghiên cứu mới chỉ mang tính khảo sát, thống kê về công nghệ dập thủy tĩnh, khả năng ứng dụng của công nghệ này vào sản xuất Các thông số, quá trình, vật liệu, hệ thống, quan hệ tương hỗ giữa các thông số, miền làm việc các thông số tạo hình chưa được tính toán chi tiết, hệ thống hóa và nêu ra quy luật cụ thể, tối ưu hóa các thông số công nghệ Chính vì vậy, việc nghiên cứu về dập thủy tĩnh tại Việt Nam sẽ là nghiên cứu nối tiếp cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào sản xuất nhằm tăng chất lượng sản phẩm, giảm số lượng nguyên công, tăng khả năng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp

kể cả vật liệu có độ cứng cao như thép độ bền cao hay hợp kim magie Các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ dập thủy tĩnh khá đa dạng và được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp chế tạo ô tô

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH

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

So sánh sự khác biệt giữa sơ đồ nguyên lý các phương pháp tạo hình:

Hình 2.1 Dập vuốt thông thường,

Hình 2.2 dập vuốt thủy cơ

Hình 2.3 Dập vuốt thủy tĩnh

Để làm rõ sự khác biệt về cơ chế biến dạng trong dập thủy tĩnh ta nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng trong DTT so sánh với nguyên công dập vuốt thông

thường, dập thủy cơ

Sơ dồ trạng thái ứng suất biến dạng:

Hình 2.4a Hình 2.4b Hình 2.4c

Trong đó: a) Dập vuốt thông thường, b) Dập thủy cơ, c) Dập thủy tĩnh

Ta nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình DTT:

a) Phần vành phôi: được tấm chặn ép trong quá trình tạo hình nhằm mục đích chống nhăn đồng thời đồng thời để chất lỏng đồng thời để chất lỏng không lọt qua khe hở giữa tấm chặn và phôi Khi dập vuốt trạng thái ứng suất và biên dạng trong DTT trên phần vành cũng hoàn toàn như trong dập vuốt truyền thống

b) Phần bán kính góc lượn của cối: Khi dập thủy tĩnh không đối áp, do có áp suất tác dụng vuông góc với bề mặt của phôi lên phôi bị ép vào miệng cối gây lên ma sát làm cản trở chuyển động của phôi vào trong cối, hiện tượng này chính là nhược điểm của phương pháp DTT do phôi bị cào xước khi đi qua góc lượn cối

c) Phần tiếp xúc với thành cối sau khi đi qua góc lượn cối và bị ép vào thành cối: với DTT phần này bị chịu ứng suất kéo đơn và trạng thái biến dạng phẳng cộng thêm thành phần nén của chất lỏng ép vuông góc với bề mặt của phôi ép phôi sát vào bề mặt cối sau khi đi qua bán kính góc lượn Thành phần này gây lên ma sát gây lên cản trở biến dạng kéo phôi vào trong cối d) Phần tự do trong lòng cối: phần tự do trong lòng cối thủy tĩnh, áp suất chất lỏng tác dụng vuông góc với về mặt phôi lên thành phần ứng suất hướng trục 0z luôn bằng áp lực chất lỏng khi không đối áp

Khi DTT không có đối áp vùng tự do là vùng nguy hiểm nhất do phần này chịu ứng suất kéo theo 2 chiều lên bị biến mỏng mãnh liệt dấn tới khả năng rách tại phần đỉnh của chi tiết, đây là điểm khác biệt so với phương pháp dập truyền thống

Khi DTT có đối áp tác dụng của đối áp là hạn chế biến dạng mãnh liệt tại đỉnh của chi tiết đồng thời đỡ cho phần phôi không bị ép sát vào thành cối sau khi vuốt qua bán kính góc lượn của cối

2.2 Miền làm việc của các thông số công nghệ chính khi DTT chi tiết tấm

Để thuận lợi cho việc phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu ta xây dựng mô hình toán thể hiện quan hệ áp suất chất lỏng trong lòng cối , lực chặn Nghiên cứu chỉ ra miền làm việc của chi tiết hình trụ và quan hệ của thông số khi tạo hình DTT

Hình 2.5: Miền làm việc và quan hệ các thông số tạo hình khi DTT

Bộ thông số công nghệ nằm trong miền làm việc DTT sẽ cho ra các sản

phẩm đạt yêu cầu chất lượng Chọn bộ thông số nằm bên ngoài miền làm việc DTT, sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu chất lượng sẽ bị nhăn (miền nhăn) sẽ bị rách ( miền

rách), lêch…

2.3 Tính toán kích thước phôi

Hình 2.6 Kích thước phôi R c = i (i=2,3,4,5,6)

Hình 2.7 Hình ảnh sản phẩm trong solidword

2.4 Kích thước và hình dáng sản phẩm

Số thao tác dập vuốt và kích thước bán thành phẩm được xác định căn cứ vào các hệ số dập vuốt cho phép (m1, m2,…mn-1, mn), các hệ số này quy định mức giảm giới hạn của đường kính phôi gốc hoặc phôi trung gian sau một thao tác vuốt Sau lần vuốt thứ nhất

được vuốt) Theo bảng 9 – Sổ tay thiết kế khuôn dập tấm ta có thể tra được các hệ

số vuốt giới hạn của vật liệu

0,96

0,88

Xuất phát từ giả thiết rằng : diện tích bề

mặt của chi tiết đã được dập vuốt tăng lên do

sự biến mỏng cân bắng với phần diện tích bề

mặt của nó bị giảm di do sự tăng dày của

phần thành ,nghĩa là diện tích bề mặt của

chi tiết không bị thay dổi so với diện tích bề

của phôi (dập vuốt không biên mỏng )

Fchi tiết = F phôi

Do điều kiện này không được áp dụng trong trường hợp này nên ta thêm vào một hệ số điều chỉnh fđc để tính đến sự thay đổi trung bình của diện tích bề mặt phôi trong quá trình dập Hệ số điều chỉnh : f đc có thể được xác định dực vào công thức kình nghiệm ,gần đúng của Soopam :

ô

2 ê

ôi

1 0,95 0.8

ph i chiti t

c

F fdc

>1) hoặc không thay đổi (fđc=1) so với diện tích bề mặt của phôi ban đầu

Sở dĩ như vậy là do có sự thay dổi của các thông số Kv,µvà r cối làm thay đổi cả ứng suất kéo hướng kính và ứng suất nén tiếp tuyến σ và σρ, do đó làm thây đổi kích thước của phần vành của chi tiết dập vuốt tùy theo ứng suất kéo lớn hay ứng suất nén lơn hơn Cuối cùng là do có sự biến mỏng hoặc biến mỏng hoặc biến dày của phần vành làm cho diện tích bề mặt của chi tiết sau khi dập vuốt hoặc tăng lên hay giảm xuống

Hinh 3.3 

Hình 2.8 (a) Đường cong ứng suất thực-biến dạng thực trong thử kéo

(b) Ứng suất thực-biến dạng thực trong tạo độ log-log

Ứng suất chảy là hàm của nhiệt độ, biến dạng, tốc độ biến dạng và trạng thái cấu trúc vĩ mô

thép tấm hàn như độ bền uốn, độ bề kéo, tính dẻo và dị hướng cần được xác định Lịch sử sản xuất của tấm có ảnh hưởng đến cơ tính như cán, hàn, nhiệt luyện cần phải theo dõi chặt chẽ Yêu cầu về chất lượng của tấm như sau:

 Độ giãn dài lớn

 Chỉ số biến cứng lớn

 Tính dị hướng thấp

 Tính chất cơ học và tính chất bề mặt các mối hàn giống kim loại nền

 Chất lượng bề mặt cao, đảm bảo giãn phình tự do

 Dung sai chiều dày, đường kính nhỏ

2.4.2 Ứng suất chảy của vật liệu và khả năng biến dạng tấm

 Với mục đích tối ưu hóa các quá trình công nghệ và các quá trình thiết kế sản phẩm dập áp lực thủy tĩnh, công nghệ dập thủy tĩnh phải được cân nhắc kĩ lưỡng Một trong các khâu là đặc tính cơ học của vật liệu có vai trò rất quan trọng vì

nó cho phép xác định giới hạn biến dạng và chất lượng sản phẩm sau tạo hình Ngoài việc cho phép mô phỏng số quá trình bằng phương pháp FEM nó còn cần thiết cho phép xác định ứng suất chảy của vật liệu tấm Vì vậy để thiết kế công nghệ

có hiệu quả cần phải thực hiện các vấn đề sau:

 Xác định tính chất vật liệu chuyên dụng cho vật liệu tấm

 Xác định khả năng biến dạng của vật liệu tấm sử dụng trong công nghệ dập thủy tĩnh

 Phát triển phương pháp kiểm tra chất lượng của ống được cung cấp trên thị trường

 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

Trong trường hợp kéo và nén, ứng suất quy ước (hoặc định mức) e được tính như sau: 0

Trong trường hợp tổng quát này thì l0 là chiều dài ban đầu của mẫu thí

nghiệm kéo, và l là chiều dài cuối cùng Ứng suất quy ước S được tính theo công thức sau:

0

L S

A



Trong đó A0 là tiết diện ban đầu của mẫu, L là lực tác dụng

Tốc độ biến dạng quy ước còn gọi là tốc độ biến dạng e được xác định như là tốc độ biến dạng và nó phụ thuộc vào tốc độ (m/s) quá trình thử biến dạng (tốc độ dụng cụ) Tốc độ biến dạng được xác định như sau:

0

e t

 Ứng suất thực, tốc độ biến dạng và biến dạng thực

Ứng suất thực  được xác định như sau: L

0

l d l d

Trong đó v là tốc độ chuyển động của dụng cụ

Trong tạo hình kim loại, tải và công (tải x quãng đường) yêu cầu cho quá trình

là thông số rất quan trọng, vì nó xác định công suất máy cho quá trình

Tải và công phụ thuộc vào đặc tính cơ học của vật liệu và hình học của sản

phẩm và phôi ban đầu Chính vì vậy mà phương trình liên hệ giữa ứng suất thực và

biến dạng thực là đặc biệt quan trọng trong phân tích nguyên công tạo hình kim

L: Chu vi của phôi sau khi cắt

Sử dụng phần mềm solisd work ta có thể đo được chu vi của phôi:

L = 238,64 mm s: Chiều dày phôi S = 1 mm

σc : Trở lực cắt của vật liệu thép DC04 có = 310 (MPa)

Vậy: Pc = 1,1.238,64.1.248 65 100(N) = 6,51 (tấn)

2.6 Tính lực tạo hình và lực chặn

2.6.1 Áp lực tạo hình

Khi tính gần đúng với sai số cho phép trong thực tế, giá trị áp suất của chất

lỏng cần thiết để đảm bảo điều kiện biến dạng phôi trong trường hợp dập tạo hình

thủy tĩnh từ phôi tấm có thể xác định theo công thức :

Trong đó:

s0 - Chiều dầy vật liệu

Rm - Giới hạn bền của vật liệu

rmin - Bán kính nhỏ nhất của sản phẩm dập

2.6.2 Lực chặn phôi

Lực chặn phôi phải thỏa mãn 2 điều kiện:

- Trị số của nó không quá lớn để có thể gây đứt đáy trong quá trình dập

- Hai là không quá nhỏ để có thể gây hiện tượng nhăn tại vùng biến dạng dẻo

và gây ra hiện tượng rò rỉ chất lỏng

Lực chặn được tính theo công thức:

Pnp = qnp.Fnp (6.5)

Trong đó:

qnp – lực ép riêng

Fnp – diện tích phần phôi bị kẹp giữa cối và tấm chặn (mm2)

Fnp - Diện tích phần chặn của phôi

KẾT LUẬN

Trong chương 2 chúng ta đã nghiên cứu các kiến thức cơ sở cốt lõi của công nghệ DTT như: trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng , các thông số công nghệ như lực chặn , áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối…và sử dụng phương pháp thiết kế ảo để xác định các thông số công nghệ, trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng khi dập tạo hình bằng công nghệ DTT Bằng mô phỏng số sẽ xác định miền làm việc của áp xuất trong trường hợp không sử dụng đối áp khi dập tạo hình chi tiết cốc trụ bậc Việc đánh giá khả năng tạo hình, sự biến mỏng cũng được xem xét và đánh giá nhằm đưa ra miền làm việc tối ưu trong quá trình thực nghiệm