Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo các chi tiết khung xe ô tô

MỞ ĐẦU Phương pháp dập thủy tĩnh tạo hình các chi tiết dạng ống ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, hóa học, đồ gia dụng…

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

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH

ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ

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

-

VƯƠNG GIA HẢI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH

ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

Mẫu 1c MẪU TRANG MỤC LỤC

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU Chương 1 – TỔNG QUAN

1.1 …

1.2 …

Chương 2 - … 2.1 …

QUY ĐỊNH VỀ HÌNH THỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ

LUẬN VĂN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO THỨ TỰ SAU:

1 Trang bìa luận văn: Mẫu kèm theo

2 Mục lục của luận văn: Ghi chi tiết từng chương mục và số trang của chương mục đó

3 Nôi dung luận văn: Trình bày rõ các vấn đề theo trình tự:

3.1 Phần mở đầu

- Lý do chọn đề tài

- Lịch sử nghiên cứu

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

- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

- Phương pháp nghiên cứu

3.4 Danh mục các tài liệu tham khảo (có hướng dẫn riêng kèm theo)

- Các phụ lục (nếu có) để làm sáng tỏ nội dung của luận văn

4 Phải trình bày mạch lạc, rõ ràng, sạch sẽ, theo đúng yêu cầu của các công trình đưa in,

kể cả tài liệu minh hoạ Các bảng biểu, đồ thị, hình vẽ … nếu trình bày theo chiều ngang của khổ giấy thì cần được đóng ngay đầu bảng biểu… vào gáy của quyển luận văn Các công thức, ký hiệu … nếu phải viết thêm bằng tay thì cần viết bằng mực đen, rõ ràng, sạch sẽ

5 Luận văn được in trên một mặt giấy trắng khổ A4 (210 x 297mm), dày không quá 100 trang, không kể hình vẽ, bảng biểu, đồ thị và danh mục tài liệu tham khảo Đối với các luận văn về khoa học xã hội khối lượng có thể nhiều hơn 20% đến 30%

6 Luận văn sử dụng chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương; mật độ chữ bình thường, không được nén hoặc kéo dãn khoảng cách giữa các chữ; dãn dòng đặt ở chế độ 1,5 lines; lề trên 3,5cm; lề dưới 3,0cm; lề trái 3,5cm, lề phải 2 cm Số trang được đánh ở giữa, phía dưới trang giấy

7 Luận văn đóng bìa cứng, khổ 210 x 297 mm, ngoài bìa có mạ chữ vàng

HƯỚNG DẪN XẾP TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tài liệu tham khảo xếp theo thứ tự ABC họ tên tác giả luận án theo thông lệ của từng nước:

- Tác giả là người nước ngoài: xếp thứ tự ABC theo họ

- Tác giả là người Việt Nam: xếp thứ tự ABC theo tên nhưng vẫn giữ nguyên thứ

tự thông thường của tên người Việt Nam, không đảo tên lên trước họ

- Tài liệu không có tên tác giả thì xếp theo thứ tự ABC từ đầu của tên cơ quan ban hành báo cáo hay ấn phẩm, ví dụ: Tổng cục Thống kê xếp vào vần T, Bộ Giáo dục và Đào tạo xếp vào vần B, v.v…

2 Tài liệu tham khảo là sách, luận án, báo cáo phải ghi đầy đủ các thông tin sau:

• Tên các tác giả hoặc cơ quan ban hành (không có dấu ngăn cách)

• (năm xuất bản), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

• tên sách, luận án hoặc báo cáo, (in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

• nhà xuất bản, (dấu phẩy cuối tên nhà xuất bản)

• nơi xuất bản, (dấu chấm kết thúc tài liệu tham khảo)

(xem ví dụ trang sau tài liệu số 2, 3 ,4, 23, 30, 31, 32, 33

Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách… ghi đầy đủ các thông tin sau:

• tên các tác giả (không có dấu ngăn cách)

• (năm công bố), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

• “tên bài báo”, (đặt trong ngoặc kép, không in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

• tên tạp chí hoặc tên sách, (in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

• tập (không có dấu ngăn cách)

• (sổ), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

• các số trang, (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc)

(xem ví dụ trang sau tài liệu số 1, 28, 29)

Cần chú ý những chi tiết về trình bày nêu trên Nếu tài liệu dài hơn một dòng thì nên trình bày sau cho từ dòng thứ hai lùi vào so với dòng thứ nhất 1 cm để phần tài liệu tham khảo được rõ ràng và dễ theo dõi

Dưới đây là ví dụ về cách trình bày trang tài liệu tham khảo:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Anderson, J.E (1985), The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case,

American Economic Review, 75(1), pp 178-90

2 Borkakati R.P., Virmani S.S (1997), Genetics of thermosensitive genic male sterility

in Rice, Euphytica 88, pp 1-7

3 Boulding, K.E (1955), Economics Analysis, Hamish Hamilton, London

………

QUY ĐỊNH VỀ HÌNH THỨC TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO THỨ TỰ SAU:

1 Tóm tắt luận văn được trình bày 2trang, cỡ chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương; mật độ chữ bình thường, không được nén hoặc kéo dãn khoảng cách giữa các chữ; dãn dòng đặt ở chế độ 1,5 lines; lề trên 3 cm; lề dưới 3,0cm; lề trái 3, cm, lề phải 2 cm Số trang được đánh ở giữa, phía dưới trang giấy

2 Tóm tắt luận văn phải phản ánh trung thực kết cấu, bố cục và nội dung luận án, phải ghi đầy đủ toàn văn kết luận của luận văn

3 Tuyệt đối không được tẩy, xoá, sửa chữa trong tóm tắt luận văn

4 Nôi dung tóm tắt luận văn trình bày ngắn gọn các vấn đề theo trình tự và mẫu

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề

tài:……… Tác giả luận văn:.………Khóa: ………

Người hướng dẫn: ………

Nội dung tóm tắt:

a) Lý do chọn đề tài

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

c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

d) Phương pháp nghiên cứu

e) Kết luận

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi Các

kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được

công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Vương Gia Hải

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC 13

1.1 Vài nét về lịch sử phát triển của công nghệ tạo hình thủy lực 13

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 13

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 13

1.1.3 Một số sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thủy lực 15

1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 27

1.2.1 Đặc điểm công nghệ 27

1.2.2 Khả năng công nghệ 28

1.2.3 Các sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống điển hình 33

1.3 Ưu nhược điểm chính của phương pháp dập thủy tĩnh 43

1.3.1 Ưu điểm 43

1.3.2 Nhược điểm 44

1.4 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 44

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG 47

2.1 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi dập thủy tĩnh 47

2.1.1 Sơ đồ tải trọng đơn 47

2.1.2 Dập thủy tĩnh có ép dọc trục 48

2.1.3 Dập thủy tĩnh có ép phôi theo phương ngang 50

2.1.4 Dập thủy tĩnh với lực ép dọc trục phôi và các vấu 51

2.1.5 Dập thủy tĩnh có ép dọc trục và uốn ngang phôi 53

2.1.6 Cơ sở tính toán các thông số năng lượng lực khi dập thủy tĩnh 54

2.2 Một số nghiên cứu về công nghệ tạo hình bằng áp lực cao từ bên trong (nguồn áp lực được tạo ra từ chất lỏng) 78

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH CHI TIẾT DẠNG ỐNG 80

3.1 Thiết kế công nghệ dập thủy tĩnh các chi tiết dạng ống 80

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 80

3.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống 80

3.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống 81

3.2 Tính toán các thông số công nghệ trong dập thủy tĩnh các chi tiết dạng ống 82

3.2.1 Áp lực chất lỏng trong khoang phôi 82

3.2.2 Lực ép dọc trục phôi 82

3.2.3 Lực giữ khuôn khi dập thủy tĩnh 84

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ TỪ PHÔI ỐNG 88

4.1 Nghiên cứu mô phỏng số trong thiết kế, tối ưu công nghệ 88

4.1.1 Giới thiệu các phương pháp mô phỏng gia công 90

4.1.2 Ứng dụng của mô phỏng số 93

4.2 Giới thiệu về phần mềm eta/DYNAFORM 96

4.2.1 Tổng quan về eta/DYNAFORM 96

4.2.2 Phương pháp tính toán trong eta/DYNAFORM 97

4.3 Mô phỏng số quá trình dập thủy tĩnh chi tiết khung xe ô tô 98

4.3.1 Mô hình hóa hệ thống dập thủy tĩnh 98

4.3.2 Trình tự tiến hành và kết quả mô phỏng số 99

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN DẬP THỦY TĨNH 106

5.1 Thiết kế mô hình 106

5.1.1 Mục đích của mô hình thí nghiệm 106

5.1.2 Các thành phần của mô hình 107

5.2 Thiết kế khuôn dập thủy tĩnh 108

5.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống 108

5.2.2 Kết cấu hệ thống 109

5.3 Kết quả thí nghiệm 116

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

PHỤ LỤC 120

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1 Sơ đồ dập thủy cơ

2 Hình 1.2 Chi tiết vỏ ôtô

3 Hình 1.3 Các chi tiết trong ôtô

4 Hình 1.4 Các sản phẩm gia dụng

5 Hình 1.5 Thùng đựng nhiên liệu

6 Hình 1.6 Các chi tiết khác

7 Hình 1.7 Sơ đồ dập thủy tĩnh dạng phôi tấm

8 Hình 1.8 Sơ đồ dập thủy tĩnh dạng phôi ống

9 Hình1 9 Các bước công nghệ tạo hình sản phẩm ống chữ T

10 Hình 1.10 Sơ đồ bố trí dập thủy tĩnh cặp vật liệu tấm

11 Hình 1.11 Tấm nắp (coverplate)

12 Hình 1.12 Các chi tiết của ôtô

13 Hình 1.13 Các sản phẩm từ phôi ống

14 Hình 1.14 Sơ đồ dập phối hợp dập thủy tĩnh và dập vuốt thường

15 Hình 1.15 Sơ đồ dập xung điện thủy lực

16 Hình 1.16 Các sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ dập xung điện

23 Hình 1.24 Chi tiết dạng nhóm V

24 Hình 1.25 Chi tiết dạng nhóm VI

25 Hình 1.26 Chi tiết dạng nhóm VII

26 Hình 1.27 Chi tiết dạng nhóm VIII

27 Hình 1.28 Chi tiết dạng nhóm IX

28 Hình 1.199 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn

29 Hình 1.30 Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi

30 Hình 20 Các sơ đồ dập thủy tĩnh với ép phôi theo tiết diện ngang được sử

dụng để sản xuất

31 Hình 212 Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép trục bổ sung

32 Hình 1.33 Sơ đồ dập thủy tĩnh ép trục và uốn cong phôi theo phương

ngang

33 Hình 2 1 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với tải trọng đơn

34 Hình 2 2 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi ống

35 Hình 2 3 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh ép phôi theo phương

ngang

36 Hình 2 4 Trạng thái ứng suất ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 của dập thủy

tĩnh với ép dọc trục không có lực ép bổ sung (a) và giai đoạn 2 (3) dập thủy tĩnh với ép dọc trục bổ sung theo toàn bộ tiết diện ngang của phôi tại nơi tạo hình

37 Hình 2 5 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc và uốn ngang

38 Hình 2 6 Mối quan hệ giữa áp lực chất lỏng làm việc 1 và áp lực phá hủy

2 với việc chồn trục phôi từ nhôm và thép khi dập thủy tĩnh chi tiết đối xứng trục (a) và mối nối chữ T (b)

39 Hình 2 7 Sự thay đổi áp lực làm việc p phụ thuộc vào việc chồn dọc trục

phôi ∆l/d

40 Hình 2 8 Sự thay đổi của áp lực làm việc p theo KD khi KL = 1,5; Kt =

0,09 (a) và từ khi KL khi KD = 1,5; Kt = 0,09 (b)

41 Hình 2 9 Sự thay đổi áp lực trục phôi Fa khi dập mối nối chữ T từ thép

12X18H10T với Kt = 0,1 và Kd =1, từ phôi có đường kính d = 25mm (1)

và d = 10mm (2) trong mối quan hệ K∆l = ∆l/d

42 Hình 2 10 Chi tiết dạng vấu

43 Hình 2 11 Sự thay đổi áp lực p khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và

sự thay đổi chiều dày ở đỉnh vấu ở giai đoạn dập thứ I và giai đoạn dập thứ II khi dập thủy tĩnh chi tiết có vấu từ phôi thép CT10, Kd = 0,91; góc nghiêng giữa trục vấu và trục phôi α = 650

44 Hình 2 12 Sơ đồ lực khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép dọc trục

48 Hình 4.1 Những ưu điểm của mô phỏng số

49 Hình 4.2 Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô phỏng

50 Hình 4.3 Bản chất của mô phỏng số và công nghệ ảo

51 Hình 4.4 Quá trình mô phỏng

52 Hình 4.5 Mô hình hóa hệ thống dập thủy tĩnh chi tiết khung xe ô tô

53 Hình 4 6 Chia lưới phôi

54 Hình 4 1 Chia lưới hai chày dọc trục

55 Hình 4 8 Chia lưới cối

56 Hình 4 9 Chia lưới toàn bộ các phần tử của hệ thống

57 Hình 4 10 Lựa chọn các thông số chuẩn bị cho hệ thống

58 Hình 4 11 Lựa chọn vật liệu cho chi tiết

59 Hình 4 12 Đường cong biến dạng của vật liệu

60 Hình 4 13 Đường cong ứng suất

MỞ ĐẦU

Phương pháp dập thủy tĩnh tạo hình các chi tiết dạng ống ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, hóa học, đồ gia dụng… nhờ những ưu điểm nổi bật: tăng khả năng biến dạng của vật liệu, nâng cao độ chính xác cũng như chất lượng của bề mặt, độ dày của vật liệu được đảm bảo, cơ – lý tính của vật liệu tốt Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán công nghệ dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống vẫn chưa được nghiên cứu một cách sâu rộng và ứng dụng vào trong sản xuất ở Việt Nam Trong luận văn này, tác giả đã nghiên cứu, tính toán và chế tạo mô hình hệ thống khuôn dập thủy tĩnh để tiến hành thí nghiệm, phục vụ công tác giảng dạy và tiến tới đưa vào thực tế sản xuất công nghiệp

Phương pháp tạo hình thủy tĩnh – một phương pháp công nghệ với đặc điểm có sự kết hợp tác dụng của áp suất môi trường chất lỏng với lực ép của các dụng cụ gia công

tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến dạng của vật liệu Đề tài “Nghiên cứu công nghệ

dập thủy tĩnh để chế tạo các chi tiết khung xe ô tô” có ý nghĩa thực tiễn và lý thuyết

cao Nội dung của đề tài là nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình dập thủy tĩnh các chi tiết khung xe ô tô từ phôi ống và xây dựng mô hình, thiết kế chế tạo thành công hệ thống khuôn dập thủy tĩnh phục vụ cho thí nghiệm và giảng dạy

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn (cả về lý thuyết chuyên môn và thực nghiệm) và sự giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên khích lệ kịp thời của thầy giáo hướng dẫn PGS TS Phạm Văn Nghệ trong bộ môn Gia Công Áp Lực – Viện Cơ Khí – Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồng thời, tác giả cũng nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các bạn bè, đồng nghiệp trong cơ quan và các công ty bên ngoài Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới sự hướng dẫn, động viên, khích lệ

và giúp đỡ quý báu này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, bạn bè tôi về sự động viên

và khích lệ về mặt tinh thần đã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn của mình

Hà Nội, tháng 03 năm 2011

Vương Gia Hải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC

1.1 Vài nét về lịch sử phát triển của công nghệ tạo hình thủy lực

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam công nghệ dập bằng môi trường chất lỏng mới ở giai đoạn bắt đầu tìm hiểu công nghệ Việc nghiên cứu về dập thủy lực cũng mới được đề cập đến trong một

số đề tài nghiên cứu cấp nhà nước như đề tài KC.05.19 – “Nghiên cứu công nghệ dập bằng áp lực cao bên trong để chế tạo những chi tiết có hình dạng phức tạp trong ôtô, xe máy” của trường ĐHBK – HN, đề tài KC.05.23 – “Dập thủy động các chi tiết dụng cụ dập thể tích” của viện công nghệ Bộ Quốc phòng, mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết đối xứng trục – Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7 – 2004, Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình tạo hình các chi tiết không gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ – luận văn thạc sỹ tại ĐHBK –

HN và Học viện KTQS…

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở trường Đại học Bách khoa Leningrat (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 nghiên cứu 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 nắm 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 dập thủy cơ để gia công các chi tiết rỗng có hình dạng phức tạp Đặc điểm của phương

pháp là sử dụng nguồn chất lỏng có 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 XX 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 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 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 thủy

cơ 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 dạng chi tiết phức tạp ngay

cả khi sử dụng thép hợp kim có 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 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 SPP 1089 “Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung” Công việc nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiết bị, thiết kế 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 tấm kép, 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 tố 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 fur Eisenforschung; ASMET.Autrian Society for Metallurgy and Materians, Revue de Mestallurgie)

1.1.3 Một số sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thủy lực

1.1.3.1 Sản phẩm dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing)

Là phương pháp tạo hình tương tự như dập vuốt, nhưng phôi tấm được biến dạng nhờ chất lỏng cao áp tác dụng lên phôi do chuyển động của dụng cụ gia công tạo ra

Hình 1.22 Sơ đồ dập thủy cơ

Phương pháp dập thủy cơ đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp: Ôtô, hàng không, không gian, tàu thủy, gia dụng, công nghiệp dân dụng,… tại các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Đức, Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc,…

Hiện nay do nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng ngày càng cao, ngày càng đòi hỏi tính ưu việt trong các mặt hàng, các sản phẩm công nghiệp và dân dụng dạng 3 lớp kim loại ngày càng chiếm ưu thế trên thị trường

Hầu hết các sản phẩm mà yêu cầu cách nhiệt, cách điện đều được sản xuất theo dạng 3 lớp, ví dụ các thùng chứa, két chứa, các sản phẩm gia dụng như nồi, chảo 3 lớp… đặc biệt là thùng chứa 3 lớp cần dùng trong ngành hóa học, vật lý để đảm bảo an toàn khi sử dụng

Những sản phẩm này có ưu điểm vượt trội so với các sản phẩm 1 lớp cùng chủng loại là chúng được sản xuất từ công nghệ dập bằng chất lỏng – một công nghệ tiên tiến hiện nay, vì vậy sản phẩm đạt được có tính thẩm mĩ cao, chất lương tốt và đạt được các tính năng yêu cầu Tạo hình bằng phương pháp này cho ta sản phẩm không bị chày

xước bề mặt như dập vuốt thông thường, giảm được biến thành mỏng, độ biến dạng của chi tiết đồng đều, tạo hình được các chi tiết phức tạp, giảm được số lần dập…

Một số sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thủy cơ:

Hình 1.23 Chi tiết vỏ xe ôtô

Hình 1.29 Sơ đồ dập thủy tĩnh dạng phôi ống

 1.1.3.2 Sơ đồ công nghệ dập phối hợp thủy tĩnh và dập vuốt thường

Hình 1.35 Sơ đồ dập phối hợp bằng chất lỏng và dập vuốt thường

1.1.3.3 Sơ đồ công nghệ dập xung điện thủy lực 

1- Nguồn điện 2- Công tắc 3- Cối chứa chất lỏng cao áp

4- Điện cực 5- Ống cách điện 6- Tấm kín khít 7- Doăng kín khít 8- Phôi tấm 9- Tấm cối vuốt 10- Lòng khuôn 11- Áo khuôn 12- Bộ phận đẩy phôi

có lỗ thoát hơi

Hình 1.36 Sơ đồ dập xung điện thủy lực

Bản chất của quá trình dập bằng xung điện thủy lực là tác động của sóng va đập được gia tốc do sự phóng điện của các xung lửa điện trong chất lỏng, làm cho phôi biến dạng theo hình dạng của lòng cối cứng Khi đó năng lượng xung điện cực mạnh biến thành năng lượng cơ học, gây ra sự biến dạng dẻo của phôi Ưu điểm của phương pháp này là cho phép biến dạng được các kim loại và hợp kim ít dẻo, khó biến dạng để 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 và đắt tiền; có thể thực hiện biến dạng cục bộ các phôi rỗng bằng các xung hướng từ tâm phôi ra đường bao ngoài…

Một số loại sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập xung điện thủy lực:

Hình 1.37 Các sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ dập xung điện thủy lực 1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

1.2.1 Đặc điểm công nghệ

Trong những năm gần đây có một xu hướng đáng kể cần ghi nhận, đó là xu hướng

sử dụng phôi ống để tạo hình Điều đó được chứng minh bằng việc gia tăng sản xuất ống, việc sử dụng các chi tiết được tạo hình từ phôi ống thuộc các lĩnh vực khác nhau

là rất cần thiết và kinh tế Sản phẩm có đội chĩnh xác cao, đáng tin cậy Các sản phẩm này được chế tạo bằng qui trình dập thủy tĩnh phôi ống Công nghệ chế tạo các chi tiết

rỗng bằng nguồn chất lỏng áp lực cao thường được lấy tên chung đó là Công nghệ dập

thủy tĩnh

Dập thủy tĩnh là quá trình công nghệ biến đổi hình dạng của phôi ống ở trạng thái nguội bằng nguồn áp lực cao bên trong Trong các quá trình tạo hình bằng phương pháp này, hình dạng sản phẩm được tạo ra bởi áp lực thủy tĩnh cao, tác động trực tiếp

lên bề mặt trong của phôi Trong một số trường hợp sự tác động của áp lực chất lỏng cao được thực hiện ở mặt ngoài của phôi ống

Ở tất cả các qui trình công nghệ kể trên chất lỏng đóng vai trò là “dụng cụ” tạo hình vạn năng, nó cho phép tránh được sự tập trung tải trọng, áp lực tác dụng đều trên

bề mặt phôi gia công

1.2.2 Khả năng công nghệ

Công nghệ dập thủy tĩnh có khả năng chế tạo các chi tiết máy có chất lượng cao, hình dạng không gian phức tạp Các chi tiết máy này trước đây thường được sản xuất bằng phương pháp hàn ghép các bộ phận với nhau, nhưng ngày nay phần lớn những chi tiết có hình dạng phức tạp đươc sử dụng bằng phương pháp này

Các chi tiết dạng không gian phức tạp được chế tạo bằng phương pháp dập thủy tĩnh là rất đa dạng Phân loại chúng không chỉ dựa vào hình dạng phức tạp, mà còn dựa vào các phương pháp gia công điều này ảnh hưởng đến sự lựa chọn công nghệ dập thủy tĩnh Các thông số hình học của chúng có liên quan đến đặc tính phân loại các chi tiết dạng không gian Một yếu tố quan trọng nữa để xác định và lựa chọn công nghệ sản xuất các chi tiết này là khả năng sử dụng của chúng

1.2.2.1 Nhóm I Các chi tiết mối nối đường ống dẫn

Các chi tiết mối nối đường ống dẫn là chi tiết không gian cơ bản Bằng công nghệ dập thủy tĩnh có thể tạo hình được các chi tiết nhóm này một cách hoàn chỉnh, chất lượng cao Các mối ghép nối để đảm bảo chặt khít có thể dùng phương pháp hàn hoặc

ép chặt vào nhau Các chi tiết có bích thuộc nhóm này bằng phương pháp dập thủy tĩnh không thực hiện được

Hình 2.20 Chi tiết dạng nhóm I

1.2.2.2 Nhóm II Thân các thiết bị chịu áp lực

Trong các chi tiết này có chi tiết gần giống với các chi tiết trong nhóm I Bằng công nghệ dập thủy tĩnh người ta chế tạo được phôi thân của các chi tiết Một số thân của chi tiết có dạng cầu hoặc trụ bằng phương pháp dập thủy tĩnh ta sẽ thu được sản phẩm mà không cần phải gia công bổ sung

Hình 1.21Chi tiết dạng nhóm II

1.2.2.3 Nhóm III Trục bậc rỗng

Nhìn chung các chi tiết này có tiết diện nhiều bậc, do yêu cầu làm việc cần nhẹ, cứng, làm mát Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thủy tĩnh

Hình 1.22 Chi tiết dạng nhóm III

1.2.2.4 Nhóm IV Các chi tiết trục cam lệch tâm rỗng

Bằng phương pháp dập thủy tĩnh ta có thể sản xuất được bán sản phẩm có hình dạng đơn giản sau đó gia công cơ khí hoạc gia công dẻo bổ sung

Hình 1.24 Chi tiết dạng nhóm V

1.2.2.6 Nhóm VI Các chi tiết của khung xe đạp

Các chi tiết này là chi tiết có hai hay nhiều vấu Hình dạng tiết diện ngang của vấu thường là tròn, ovan, vuông hay chữ nhật Với thành tựu này dưới các phương pháp khác nhau có thể chế tạo ra, nhưng bằng công nghệ dập thủy tĩnh thì việc chế tạo chi tiết này sẽ cho ta chất lượng sản phẩm cao

Hình 1.25 Chi tiết dạng nhóm VI

1.2.2.7 Nhóm VII Các chi tiết có nếp gấp ngang

Người ta đã tập hợp được một lượng lớn các chi tiết có kích thước khác nhau Bằng công nghệ dập thủy tĩnh người ta đã sản xuất được các chi tiết loại này và các chi tiết rỗng có hình dạng đinh vít

Hình 1.26 Chi tiết dạng nhóm VII

1.2.2.8 Nhóm VIII Các chi tiết của trang thiết bị giao thông

Nhóm này có các chi tiết của xe ôtô, xe điện… không có vấu hoặc có vấu Khung cầu ngoài của xe ôtô là một chi tiết rỗng có kích thước lớn nhất thuốc nhóm này được tạo hình bằng dập thủy tĩnh, nó có thể chế tạo bằng phương pháp dập nguyên khối với các dầm dưới dài đỡ chịu lực

Hình 1.28 Chi tiết dạng nhóm IX

1.2.3 Các sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống điển hình

Có rất nhiều sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh Các qui trình gia công kim loại bằng áp lực có thể xem như sự tác động của ngoại lực lên phôi ở trạng thái đã định sẵn để thay đổi hình dạng theo yêu cầu Vì vậy đối với từng loại chi tiết trong các điều kiện, phạm

vi cụ thể của sản xuất cần phải phù hợp với qui trình công nghệ hợp lý Quy trình công

nghệ hợp lý trước hết phải phù hợp với loại dụng cụ và trang thiết bị thực hiện Và như vậy ta mới có sự liên hệ với các chi tiết, phôi, quy trình công nghệ, dụng cụ và trang thiết bị

Phương pháp trên cho phép ta đưa ra các sơ đồ nguyên lý của dập thủy tĩnh thành các sơ đồ cơ bản thuận lợi cho việc sản xuất nhóm chi tiết này, hay nhóm chi tiết khác

đã được nêu ở trên

Có thể chia ra làm hai dạng sơ đồ cơ bản dập thủy tĩnh với cối cứng và chày chất lỏng:

- Dập thủy tĩnh với tải trọng đơn tác động lên phôi

- Dập thủy tĩnh bằng áp lực thủy tĩnh cao, tải trọng liên hợp

1.2.3.1 Dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn

Hiện nay dập các chi tiết rỗng bằng áp lực thủy tĩnh được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Sự biến dạng dẻo xảy ra trên sự tác động của áp lực chất lỏng lên bề mặt trong của phôi từ nguồn áp lực cao (hình 1.29a) Trong từng trường hợp áp lực cao của chất lỏng tập trung trực tiếp vào khoang trong của phôi nhờ piston ép (hình 1.29b) Tuy nhiên việc ứng dụng nguồn chất lỏng áp lực cao (bơm cao áp) đang mở rộng khả năng công nghệ dập thủy tĩnh, bởi vì nó cho phép tạo ra áp lực cao trong các giới hạn rộng

có độ chính xác đủ để đảm bảo được qui luật thay đổi áp lực cần thiết

Tải trọng đơn của phôi được sử dụng để tăng kích thước ngang của phôi trong các trường hợp mép của phôi có thể được tự do hoặc kẹp lại

Tải trọng đơn được ứng dụng để định cỡ ống và để thực hiện tạo hình phôi ống trong khuôn ghép