Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án • Mục đích của luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong d

Trang 1

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

-

NGUYỄN THỊ THU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

VÀ KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỐI ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TRONG

DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM

MÃ SỐ: 9520309

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Hà Nội – 2018

Trang 2

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

-

NGUYỄN THỊ THU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

VÀ KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỐI ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TRONG

DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM

MÃ SỐ: 9520309

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Hà Nội - 2018

Trang 3

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận

án là trung thực và chưa được tác giả khác công bố

Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung Nguyễn Thị Thu

Trang 4

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi

có thể thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí và Bộ môn Gia công áp lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình tôi làm luận

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận

án đã đọc và cho những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án và định hướng nghiên cứu trong tương lai

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

Nghiên cứu sinh

Trang 5

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC BẢNG VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ VIII

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 1

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2

5 Các đóng góp mới của luận án 3

6 Bố cục của luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎNG CAO ÁP 4

1.1 Khái quát công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp 4

1.1.1 Công nghệ dập thủy cơ 4

1.1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh 5

1.2 Tổng quan về kết quả nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm 9

1.2.1 Trên thế giới 10

1.2.2 Tại Việt Nam 19

1.3 Phân tích đánh giá các nghiên cứu hiện nay 19

1.4 Cơ sở lý thuyết về dập thủy tĩnh phôi tấm 20

1.4.1 Quá trình DTT phôi tấm 20

1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự do 22

1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng cối 26

1.4.4 Thông số hình học khuôn, phôi 28

1.5 Xác định mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án 29

Kết luận chương 1 30

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM 31

2.1 Mô phỏng số trong gia công áp lực 31

2.1.1 Giới thiệu về mô phỏng số 31

Trang 6

iv

2.1.2 Ưu điểm của mô phỏng số 32

2.1.3 Xác định, lựa chọn phần mềm mô phỏng số 32

2.2 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm với phần mềm Dynaform 32

2.2.1 Lựa chọn chi tiết 32

2.2.2 Vật liệu phôi 33

2.2.3 Thiết lập bài toán 33

2.2.4 Các thông số đầu vào và đầu ra của bài toán mô phỏng 35

2.2.5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp 36

2.2.6 Quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth 39

2.2.7 Quan hệ áp suất chặn Qch với bán kính sản phẩm Rd 41

2.2.8 Quan hệ giữa áp suất chặn Qch đến mức độ biến mỏng lớn nhất γmax của sản phẩm 47

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 53

3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm 53

3.1.1 Khuôn thực nghiệm 54

3.1.2 Bộ cấp chất lỏng cao áp 58

3.1.3 Máy ép thủy lực 58

3.1.4 Hệ thống đo thông số công nghệ 59

3.2 Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm 61

3.3 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống thực nghiệm 62

3.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm 62

3.5 Thử nghiệm và so sánh với kết quả mô phỏng số 63

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 69

4.1 Giới thiệu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm 69

4.2 Xác định các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực nghiệm 69

4.3 Xây dựng mối quan hệ toán học giữa các thông số (Q ch , H*, S*) và (R d , γ max , P th) 73 4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến bán kính đáy Rd của sản phẩm 73

4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax 82

Trang 7

v

4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến áp suất chất lỏng tạo hình

Pth 86

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 103

Trang 8

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Trang 9

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Thành phần hóa học của thép DC04 [46] 33

Bảng 2 2 Đặc tính kỹ thuật của thép DC04 [46] 33

Bảng 2 3 Thông số phôi 35

Bảng 2 4 Thông số của cối chất lỏng 35

Bảng 2 5 Thông công nghệ số đầu vào trong quá trình tạo hình 36

Bảng 2 6 Các thông số mục tiêu đầu ra trong quá trình tạo hình 36

Bảng 2 7 Các miền giá trị khảo sát của áp suất chặn và áp suất tạo hình 38

Bảng 2 8 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 0.73 39

Bảng 2 11 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.73 và H*=23 42

Bảng 2 12 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.73 và H*=26; 29 43

Bảng 2 13 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.91 và H*=23;26; 29 44

Bảng 2 14 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =1.09 và H*=23;26; 29 45

Bảng 2 15 Mức độ biến mỏng khi DTT trên cối có H* =23 48

Bảng 3 1 Thông số bộ tăng áp CP-70 58

Bảng 3 2 Thông số đầu vào của trường hợp mô phỏng 63

Bảng 3 3 Thông số đầu ra của sản phẩm 63

Bảng 3 4 Kết quả thử nghiệm 67

Bảng 3 5 Kết quả so sánh các chỉ số giữa MPS và thực nghiệm 67

Bảng 4 1 Các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực nghiệm 71

Bảng 4 2 Bảng ma trận thực nghiệm 71

Bảng 4 3 Bảng kết quả đo 73

Bảng 4 4 Các giá trị bj 74

Bảng 4 5 Bảng các giá trị S2 (bj) 75

Bảng 4 6 Bảng các giá trị 𝑏𝑗/ 𝑆𝑏𝑗 75

Bảng 4 7 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm 76

Trang 10

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Sơ đồ phân loại công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp [24] 4

Hình 1 2 Sơ đồ các bước dập thủy cơ [87] 4

Hình 1 3 Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm [66] 5

Hình 1 4 Dập thủy tĩnh thanh B của xe ôtô trên máy ép thủy lực [60] 7

Hình 1 5 Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm [38] 7

Hình 1 6 Dập thủy tĩnh phôi ống [85] 8

Hình 1 7 Mối quan hệ giữa áp suất và bán kính trong DTT phôi ống [85] 8

Hình 1 8 Sản phẩm hệ thống xả trong ôtô được chế tạo bằng: 9

Hình 1 9 Sơ đồ nguyên lý các trường hợp dập tạo hình (a) và mặt cắt sản phẩm (b) [32] 12 Hình 1 10 Đường lực chặn tối ưu đối với chi tiết cầu [64] 13

Hình 1 11 Hiện tượng: rách (a) nhăn (b) trong quá trình DTT [64] 13

Hình 1 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo hình [56] 14

Hình 1 13 Hệ thống gia nhiệt trong quá trình dập bằng chất lỏng áp suất cao [35] 15

Hình 1 14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm [94] 16

Hình 1 15 Hệ thống thiết bị DTT điều khiển theo chương trình [52] 16

Hình 1 16 Hệ thống chặn toạ độ điều khiển theo thời gian và hành trình [25] 17

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

Hình 1 18 Sơ đồ điều khiển áp lực gioăng làm kín [25] 18

Hình 1 19 Bề mặt cối ảnh hưởng tới khả năng kéo phôi vào trong cối [82] 18

Hình 1 20 Sơ đồ quá trình DTT phôi tấm 22

Hình 1 21 Giai đoạn biến dạng tự do [77] 22

Hình 1 22 Các vùng biến dạng trên phôi [15] 23

Hình 1 23 Trạng thái ứng suất và biến dạng của phôi trong DTT phôi tấm [86] 23

Hình 1 24 Quá trình biến dạng tự do của tấm [77] 25

Hình 1 25 Các bán kính góc lượn đáy cối 29

Hình 1 26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu 30

Hình 2 1 Mô hình khuôn (chưa chia lưới) và mô hình phôi 34

Hình 2 2 Mô hình hình học đã chia lưới 34

Hình 2 3 Đường cong ứng suất – biến dạng của vật liệu DC04 34

Hình 2 4 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 25 bar 36

Trang 11

ix

Hình 2 5 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 55 bar 37

Hình 2 6 Sản phẩm đạt yêu cầu mô phỏng tại Qch= 90 bar 37

Hình 2 7 Sản phẩm bị rách tại áp suất chặn Qch = 125 bar 38

Hình 2 8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.73 39

Hình 2 11 Quá trình hình thành sản phẩm tại áp suất chặn Qch = 90 bar 42

Hình 2 12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Rd; Pth và Rd 42

Hình 2 13 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.73 44

Hình 2 16 Phân bố biến mỏng biến dày tại Qch= 90 bar 48

Hình 2 17 Mối quan hệ giữa biến mỏng lớn nhất γmax và áp suất chặn Qch khi H*=23 49

Hình 3 1 Các thành phần của hệ thống thực nghiệm 53

Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm với các thành phần sau: 53

Hình 3 3 Kết cấu cụm đế khuôn 55

Hình 3 4 Thiết kế 3D lòng khuôn dập chi tiết trụ 55

Hình 3 5 Các thành phần của khuôn 56

Hình 3 6 Vị trí đặt gioăng cao su thường gặp 56

Hình 3 7 Lực tác dụng lên gioăng làm kín khi gioăng đặt trên miệng tấm chặn 57

Hình 3 8 Gioăng cao su bị gãy trong quá trình kéo phôi vào lòng cối 57

Hình 3 9 Vị trí đặt gioăng hiện tại 57

Hình 3 10 Cụm điều khiển áp suất chặn 58

Hình 3 11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo 59

Hình 3 12 Hệ thống đo áp suất – hành trình 59

Hình 3 13 Gá sản phẩm trên máy đo (a) và hiển thị kết quả đo (b) 60

Hình 3 14 Hiển thị qua thấu kính tọa độ đo biên dạng sản phẩm 60

Hình 3 15 Xây dựng biên dạng sản phẩm trên Solidworks 60

Hình 3 16 Các điểm đo trên mẫu sản phẩm DTT 61

Hình 3 17 Hiển thị kết quả đo trên màn hình máy tính 61

Hình 3 18 Hệ thống thực nghiệm được lắp ráp hoàn chỉnh 62

Trang 12

x

Hình 3 19 Mô tả các vùng trạng thái ứng suất khác nhau của sản phẩm 64

Hình 3 20 Phôi thí nghiệm 64

Hình 3 21 Phôi được phủ lớp nhựa bên ngoài 65

Hình 3 22 Sản phẩm rách tại đáy (a); sản phẩm đạt chất lượng (b) 65

Hình 3 23 Đồ thị áp suất chất lỏng công tác và áp suất chặn phôi trong quá trình tạo hình 66

Hình 3 24 Các dạng phế phẩm 66

Hình 3 25 Sản phẩm sau khi tạo hình 67

Hình 4 1 Các sản phẩm thí nghiệm theo ma trận thực nghiệm 72

Hình 4 2 Sản phẩm đạt yêu cầu 72

Hình 4 3 Đo bán kính đáy sản phẩm Rd 72

Hình 4 4 Đo chiều dày mẫu D39 73

Hình 4 5 Bán kính đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qch = 80bar 77

Hình 4 6 Bán kính đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qch= 97.5bar 78

Hình 4 7 Bán kính đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qch = 115bar 78

Hình 4 8 Bán kính đáy sản phẩm khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.73 79

Hình 4 9 Bán kính đáy sản phẩm khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.91 79

Hình 4 10 Bán kính đáy sản phẩm khi chiều dày tương đối của phôi S*=1.09 79

Hình 4 11 Bán kính đáy sản phẩm khi chiều sâu tương đối của cối H* = 23 80

Hình 4 14 Mức độ biến mỏng γmax khi áp suất chặn Qch = 80 bar 83

Hình 4 15 Mức độ biến mỏng γmax khi áp suất chặn Qch = 97.5 bar 83

Hình 4 16 Mức độ biến mỏng γmax khi áp suất chặn Qch = 115 bar 83

Hình 4 17Mức độ biến mỏng γmax khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.73 84

Hình 4 18 Mức độ biến mỏng γmax khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.91 84

Hình 4 19 Mức độ biến mỏng γmax khi chiều dày tương đối của phôi S* = 1.09 84

Hình 4 20 Mức độ biến mỏng γmax khi chiều sâu tương đối của cối H* = 23 85

Hình 4 23 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi áp suất chặn Qchmin = 80bar 87

Hình 4 24 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi áp suất chặn Qch = 97.5bar 87

Hình 4 25 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi áp suất chặn Qch = 115bar 88

Trang 13

xi

Hình 4 26 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi chiều dày tương đối của phôi S*=0.73 88

Hình 4 29 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi chiều sâu tương đối của cối H* = 23 90

Hình 4 30 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi chiều sâu tương đối của cối H* = 26 90

Hình 4 31 Áp suất tạo hình sản phẩm Pth khi chiều sâu tương đối của cối H*=29 90

Trang 14

Gia công áp lực (GCAL) là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí, gắn liền với sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối, sản xuất các sản phẩm có chất lượng cao, độ chính xác cao, sản xuất các sản phẩm có kích thước từ siêu nhỏ cỡ micromet đến kích thước rất lớn hàng mét Có thể thấy trên thế giới, lĩnh vực GCAL đã có những bước tiến lớn cả về thiết bị lẫn công nghệ, thể hiện ở sự phát triển các ngành ôtô, vũ trụ, công nghiệp điện – điện tử, quân sự, y tế…v.v Ở Việt Nam, GCAL đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ, đóng góp ngày càng nhiều vào công cuộc công nghiệp hóa đất nước Hiện nay, GCAL đã có những bước tiến đáng kể khi áp dụng những công nghệ mới vào sản xuất Tuy nhiên, để áp dụng có hiệu quả cần phải nghiên cứu lý thuyết cơ bản và phân tích được các yếu tố công nghệ ảnh hưởng trong quá trình gia công

Dập thủy tĩnh (DTT) phôi tấm là một hướng nghiên cứu trong công nghệ dập tạo hình

bằng chất lỏng cao áp Công nghệ này cho phép dập các chi tiết rỗng, đặc biệt chi tiết có hình dạng phức tạp ngay cả đối với các vật liệu khó biến dạng Trên thế giới, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này vào sản xuất và đạt được thành tựu cao Điển hình như các nước như Đức, Mĩ, Nhật đã áp dụng công nghệ ày vào công nghiệp ô tô, một số chi tiết phần vỏ xe đã được áp dụng công nghệ DTT để sản xuất cho chất lượng cao như thanh nối B hay nắp capo, thay thế cho số lượng lớn nguyên công tạo hình và khuôn trong dập tạo hình truyền thống Ở Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu về công nghệ DTT, tuy nhiên để

có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuất cần phải có những nghiên cứu chuyên sâu để có thể làm chủ công nghệ này Do vậy “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm” sẽ là trọng tâm và mục tiêu nghiên cứu của luận án

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

• Mục đích của luận án

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm

• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

+ Đối tượng: luận án tập trung nghiên cứu công nghệ DTT áp dụng trên đối tượng cụ thể:

chi tiết dạng trụ - chi tiết điển hình trong nghiên cứu công nghệ DTT như trên hình 1.26

+ Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong miền:

- Vật liệu thép tấm DC04

- Chiều dày tương đối của phôi:

Trang 15

2

1.2) mm, đường kính phôi ban đầu Do = 110 mm)

Chiều sâu tương đối của cối:

cối dc = 70 mm);

- Miền áp suất tạo hình Pth = (0÷600) bar;

- Miền áp suất chặn phôi Qch = (0 ÷150) bar

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa nghiên cứu phân tích lý thuyết, mô phỏng số (MPS) với nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể:

- Nghiên cứu cơ sở công nghệ DTT dựa trên tổng hợp và phân tích từ các tài liệu, công trình đã công bố trong và ngoài nước

- Áp dụng phương pháp MPS để đánh giá sơ bộ ảnh hưởng các thông số công nghệ, xác định miền làm việc để làm cơ sở ban đầu cho quá trình thực nghiệm có hiệu quả

- Sử dụng các thiết bị đo, phần mềm để đo và xử lý số liệu đảm bảo chính xác và tin cậy,

áp dụng được trong điều kiện thực tế tại Việt Nam

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

số hình học dụng cụ trong quá trình DTT

- Phân tích, tổng hợp, đánh giá kết quả thực nghiệm, đối chứng với lý thuyết và biện luận

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

• Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể định hướng cho triển khai áp dụng trong thực tiễn sản xuất Có thể áp dụng vào sản xuất các sản phẩm dạng tấm tương tự với dải kích thước phù hợp Ngoài ra, với các sản phẩm có kích thước lớn hơn, phương pháp nghiên cứu của luận án cũng có thể được áp dụng để nghiên cứu và sản xuất trong thực tiễn

- Góp phần xây dựng hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo Hệ thống thí nghiệm của luận án có thể được dùng để nghiên cứu và phát triển các vấn đề khác trong DTT phôi tấm Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được sử dụng như một thiết bị thí nghiệm phục vụ cho sinh viên đại học và học viên cao học để hiểu hơn về công nghệ DTT

Trang 16

3

5 Các đóng góp mới của luận án

- Xác định được mối quan hệ giữa áp suất chặn, chiều sâu tương đối của cối, chiều dày tương đối của phôi với áp suất tạo hình, mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm, bán kính đáy sản phẩm làm cơ sở tiến hành tối ưu hóa các thông số công nghệ khi dập chi tiết dạng trụ

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

6 Bố cục của luận án

Luận án thể hiện đầy đủ các mục theo quy định chung, bao gồm các phần chính sau:

- Chương 1 Tổng quan về công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp

- Chương 2 Nghiên cứu mô phỏng số quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm

- Chương 3 Hệ thống và phương pháp đánh giá thực nghiệm

- Chương 4 Thực nghiệm và bàn luận

- Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

Trang 17

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎNG

CAO ÁP 1.1 Khái quát công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp

Dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp (HPF – High Pressure Forming) là một quá trình tạo hình vật liệu bằng việc sử dụng chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi, làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của cối (Dập thủy tĩnh) hoặc biên dạng của chày kết hợp với một số chuyển động của khuôn (Dập thủy cơ) như hình 1.1 [15]

Hình 1 1 Sơ đồ phân loại công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp [24]

Kim loại được sử dụng trong công nghệ này không chỉ là kim loại màu, thép, mà còn có thể là các loại vật liệu khác có tính dẻo phù hợp

1.1.1 Công nghệ dập thủy cơ

Dập thủy cơ (DTC) là phương pháp tạo hình vật liệu nhờ nguồn chất lỏng cao áp được sinh ra do chuyển động cơ khí của dụng cụ tạo hình ví dụ chày chuyển động ép chất lỏng trong lòng cối Áp suất chất lỏng được sinh ra do chất lỏng không chịu nén và ép phôi vào chày, tạo hình sản phẩm theo biên dạng của chày (hình 1.2) [2]

Hình 1 2 Sơ đồ các bước dập thủy cơ [87]

Trang 18

5

Về cơ bản, phương pháp này tương tự như phương pháp dập vuốt thông thường, chỉ khác

là có thêm đối áp pi trong lòng khuôn [2] Ban đầu, chất lỏng được được bơm đầy vào lòng khuôn, làm phôi căng ra trước khi đầu trượt mang theo chày đi xuống Khi chày đi xuống kéo phôi vào lòng cối, do chất lỏng không chịu nén nên sẽ tạo ra đối áp, giúp áp sát phôi vào bề mặt chày, đồng thời tạo ra vành chặn thủy lực giữ phôi ổn định trong quá trình kéo phôi vào lòng cối Việc điều chỉnh đối áp phụ thuộc vào biên dạng cũng như tính chất vật liệu, đặc điểm từng sản phẩm

1.1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh

Dập thủy tĩnh (DTT) là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng có áp suất cao (dầu, nước) có chức năng như chày dập tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tấm hoặc phôi ống làm biến dạng phôi theo biên dạng của lòng cối để tạo hình chi tiết [15]

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

a Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

Đây là phương pháp DTT áp dụng cho tấm đơn Trong phương pháp này, chỉ cần có cối với biên dạng xác định, chất lỏng cao áp đóng vai trò như chày Chất lỏng cao áp sẽ tác dụng vào bề mặt phôi, ép vật liệu biến dạng theo biên dạng của cối để tạo hình chi tiết [15]

Nguyên lý quá trình DTT phôi tấm đơn được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1 3 Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm [66]

Quá trình DTT phôi tấm đơn gồm các giai đoạn như sau [8, 93]:

- Giai đoạn đóng khuôn: Lực đóng khuôn được tạo ra từ máy ép có tác dụng chống nhăn

phần vành phôi và làm kín tránh rò rỉ chất lỏng trong quá trình DTT (hình 1.3 I.)

- Giai đoạn tạo hình tự do: Sau khi đóng khuôn, chất lỏng cao áp sẽ được bơm vào lòng cối, áp suất thủy tĩnh tác dụng đều lên toàn bộ bề mặt phôi, phôi sẽ biến dạng tự do trong lòng

cối đến khi chạm đáy cối (hình 1.3 II.)

- Giai đoạn điền đầy lòng cối: Chất lỏng tiếp tục được tăng áp suất, đến một giá trị áp suất

đủ lớn phôi sẽ biến dạng dẻo điền đầy theo biên dạng của lòng cối, đặc biệt là các vị trí lồi lõm

trong cối (hình 1.3 III.)

Trang 19

- Có thể sử dụng với nhiều loại vật liệu: các loại vật liệu có tính dẻo đều có thể sử dụng công nghệ này để tạo hình như đồng, nhôm, titan, inox, …Dải chiều dày vật liệu có thể tạo hình bằng phương pháp này có thể trong khoảng (0.05 ÷ 6.00) mm [57] Đặc biệt đối với kim loại có chiều dày rất mỏng, khả năng tạo hình của phương pháp DTT thực hiện dễ dàng hơn nhiều so với phương pháp dập truyền thống

- Tiết kiệm chi phí chế tạo khuôn (vật liệu khuôn và gia công khuôn) lên trên 50% [57]

- Giảm trọng lượng chi tiết Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các nhà sản xuất ôtô bởi các lý do môi trường như giảm nhiên liệu tiêu hao và phát thải Tuy nhiên, khi giảm trọng lượng

xe, họ phải cố gắng tránh làm ảnh hưởng tới các tiêu chí quan trọng khác, chẳng hạn như sức mạnh và quản lý năng lượng

- Giảm biến dạng đàn hồi bởi phôi luôn được kéo căng trong suốt quá trình tạo hình

- Hiệu quả kinh tế cao, vì có thể tạo hình những chi tiết có kích thước và hình dạng khác nhau ở cùng một thiết bị mà chỉ việc thay đổi hình dạng của cối

- Có khả năng dập tạo hình những chi tiết có hình dạng phức tạp

+ Nhược điểm so với công nghệ dập truyền thống:

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn do cần thêm bộ tăng áp, hệ thống đo lường, hệ thống thủy lực

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

- Đòi hòi lực đóng khuôn rất lớn do ngoài việc chống nhăn, bộ phận đóng khuôn còn có nhiệm vụ làm kín, tránh rò rỉ chất lỏng gây mất áp suất trong quá trình tạo hình

- Lượng biến mỏng lớn và độ không đồng đều trên thành chi tiết trong trường hợp dập các chi tiết có chiều sâu lớn [15]

Vì vậy, công nghệ dập thủy tĩnh với phôi tấm đơn thường được ứng dụng để dập tạo hình các chi tiết lớn có hình dạng phức tạp và có chiều sâu dập không lớn

+ Hình ảnh ứng dụng của công nghệ dập thủy tĩnh trong công nghiệp ôtô:

Trang 20

a) Sơ đồ nguyên lý b) Ứng dụng

Hình 1 5 Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm [38]

Với công nghệ DTT phôi cặp (hình 1.5), khuôn tạo hình được tiết kiệm hơn bởi thay vì sử dụng ít nhất 2 bộ chày và cối cho 2 nửa chi tiết, thì công nghệ này chỉ sử dụng khuôn trên và khuôn dưới Hơn thế nữa, việc cắt và nối các cặp tấm có thể được tích hợp trong một bước của DTT, tạo thành một chuỗi quy trình ngắn hơn và hiệu quả hơn [38]

Trang 21

8

c Dập tạo hình thủy tĩnh phôi ống

DTT phôi ống là công nghệ tạo hình chi tiết rỗng từ phôi ống nhờ nguồn chất lỏng cao áp tác dụng ở bên trong lòng phôi, ép sát phôi vào biên dạng của cối [15]

Hình 1.6 trình bày sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống nối chữ T

a-thiết lập khuôn, b-ống ban đầu, c - sản phẩm (ống nối T)

Hình 1 6 Dập thủy tĩnh phôi ống [85]

Hình 1 7 Mối quan hệ giữa áp suất và bán kính trong DTT phôi ống [85]

Trong quá trình dập tạo hình phôi ống, áp suất tạo hình cần thiết phụ thuộc vào bán kính trong nhỏ nhất của thành ống, chiều dày vật liệu và ứng suất chảy (hình 1.7) [21, 25, 62, 85, 90] Công nghệ này có khả năng sản xuất được các chi tiết có chất lượng tốt, hình dạng không gian phức tạp khó có thể thực hiện được mà trước đây thường được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc phải hàn ghép các bộ phận với nhau Hình 1.8 so sánh chất lượng sản phẩm bằng phương pháp tạo hình cũ với nhiều công đoạn như uốn, cắt, hàn và phương pháp mới là dập thủy tĩnh

Trang 22

9

Hình 1 8 Sản phẩm hệ thống xả trong ôtô được chế tạo bằng:

a- phương pháp tạo hình truyền thống; b- phương pháp DTT phôi ống [48]

Bản chất của quá trình DTT phôi ống chính là tạo ra sự chuyển động cưỡng bức, cục bộ hay toàn phần của vật liệu phôi trong giới hạn chảy của vật liệu dưới áp suất thủy tĩnh, theo biên dạng mong muốn của lòng khuôn để tạo nên những chi tiết có hình dạng phức tạp, mà các phương pháp chế tạo truyền thống không thể thực hiện được Dập thủy tĩnh phôi ống có nhiều nhược điểm [15, 21, 25, 55, 60, 85, 90]:

Ưu điểm:

- Chi tiết được tạo hình đồng nhất về vật liệu (so với hàn nối ống)

- Giảm khối lượng chi tiết so với công nghệ truyền thống

- Tăng cường cơ tính của chi tiết dập

- Đạt được độ chính xác kích thước cao và giảm biến dạng đàn hồi

- Giảm chi phí chế tạo khuôn và giảm số nguyên công tạo hình

- Tạo hình được các chi tiết rỗng có hình dạng phức tạp

Nhược điểm:

- Tăng chi phí đầu tư cho các thiết bị thủy lực: bộ tăng áp, xilanh dọc trục

- Khó tạo hình các chi tiết rỗng với biên dạng mặt cắt theo đường trục có sự thay đổi đột ngột và mức độ biến dạng lớn tại các vị trí vuông góc với đường trục trong không gian

Ứng dụng: Với những đòi hỏi về vấn đề giảm tiêu thụ nhiên liệu, tăng mức độ an toàn khi

va chạm của các phương tiện vận chuyển nên công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống đang được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp chế tạo ôtô, tàu cao tốc, hàng không vũ trụ, công nghiệp quốc phòng Ngoài ra công nghệ này cũng được ứng dụng phổ biến để sản xuất các chi tiết dùng trong thiết bị nhà tắm, công nghiệp hóa chất, hàng tiêu dùng [15, 21, 25, 55, 59, 60, 90]

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

Những năm gần đây, công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp được sử dụng nhiều trong chế tạo các chi tiết của ô tô, các chi tiết quân tư trang trong quân đội, hoặc các chi tiết trong y tế, hóa học, v.v Công nghệ này xuất hiện khá sớm từ hơn 100 năm trước với mục đích chế tạo các chi tiết nồi hơi, một số chi tiết trong các nhạc cụ, công cụ leo núi [57, 60, 90] Tuy vậy, những vấn đề cơ bản của công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp chỉ được công bố sau những năm 1940 Gần hơn, cách đây 30 năm, công nghệ này được sử dụng trong dập phình

Trang 23

10

các chi tiết của xe đạp [92], các ống nối [36] và các chi tiết rỗng đơn giản Với sự phát triển của phương tiện vận chuyển, việc giảm nhẹ khối lượng của các chi tiết trong ô tô được chú trọng nghiên cứu, do vậy, công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp cũng được thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn Những ứng dụng đầu tiên của lĩnh vực này được áp dụng ở châu Âu và Bắc Mĩ và nhanh chóng mở rộng ở những đất nước này Đến những năm 1990, công nghệ này bắt đầu trở nên phổ biến bởi ngành công nghiệp ôtô bắt đầu phát triển mạnh ở Hoa Kỳ, việc sản xuất các chi tiết ống dẫn chữ T (T-fittings) sử dụng công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp đã được ứng dụng rất phổ biến và sau đó công nghệ này đã bắt đầu phát triển mạnh [24, 42, 43,44, 56, 57,

73, 79] Tại Nhật Bản, công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp được ứng dụng vào chế tạo các bộ phận, chi tiết của ô tô từ những năm 1999 [69, 75] Ngoài ra, Nga cũng là một trong nước những đầu tiên nghiên cứu và đưa ra những giáo trình về nguyên lý, cơ sở tính toán trong công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp [14, 15, 17, 19] như: dập bằng cao su và chất lỏng Một quốc gia khác cần kể đến khi nói về lĩnh vực dập bằng chất lỏng cao áp là nước Đức Hàng loạt các công ty như Anton Bauer, Hydrap, Schuler, Siempelkamp Pressen Systeme và các trường đại học đã có những nghiên cứu và ứng dụng mang tính đột phá trong việc chế tạo các chi tiết liên quan đến phương tiện vận chuyển [25, 28, 38, 45, 54, 60, 76, 78, 84, 97, 98] Với tốc độ phát triển nhanh của khoa học công nghệ như hiện nay, các nước Đức và Mĩ vẫn là những nước đi đầu trong việc nghiên cứu, khai thác và ứng dụng công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp này vào sản xuất Ở châu Á, các nước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc cũng áp dụng công nghệ này vào sản xuất [44, 58-60, 62, 84, 90, 91, 95, 99, 100] Các tập đoàn lớn như Toyota, Honda, Nissan hay Huyndai đã ứng dụng rất nhiều nghiên cứu về công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp vào chế tạo các chi tiết của ôtô Như vậy, chúng ta có thể thấy công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp đã có một lịch sử phát triển lâu đời, được rất nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu và hiện đang là xu hướng phát triển mạnh trong tương lai

1.2.1 Trên thế giới

Công nghệ DTT ra đời và được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, y tế, quốc phòng, gia dụng Cho đến nay, công nghệ này đã trải qua hàng chục thập kỉ nghiên cứu, phát triển ở rất nhiều quốc gia, trường đại học, viện nghiên cứu và cả các doanh nghiệp trên thế giới như châu Mỹ, châu Âu, Trung Đông, châu Á

Nước Nga được xem là quốc gia đi đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ DTT, áp dụng công nghệ này trong các ngành công nghiệp hàng không, vũ trụ, dân dụng Điển hình đi đầu trong nghiên cứu cơ bản và nhiều công bố khoa học nhất thuộc về các trường Đại học tổng hợp quốc gia Tula, Đại học Bách Khoa LeninGrad Mỹ và CHLB Đức cũng nghiên cứu rất nhiều về công nghệ DTT và phục vụ chủ yếu cho phát triển công nghiệp ô tô, cơ khí giao thông Các định hướng nghiên cứu của châu Âu và Mỹ chủ yếu tập trung vào các phương pháp dập, ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản, các thiết bị chuyên dụng và hệ thống điều khiển để có thể dập được những chi tiết có hình dạng phức tạp, kích thước lớn và từ vật liệu thép [30, 65, 67, 83, 49, 85, 89, 96]

Tại châu Á, đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng lĩnh vực này là Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản Các định hướng nghiên cứu của châu Á có phần thiên về nghiên cứu tạo hình thuỷ tĩnh với các vật liệu khó biến dạng như titan, magie, thép không gỉ và một số kim loại màu khác

Trang 24

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

(vật liệu phôi, kích thước hình học của phôi, khuôn, lực chặn, ma sát) đến quá trình tạo hình; trạng thái ứng suất và biến dạng; các dạng khuyết tật sản phẩm; nghiên cứu mô phỏng số để tối

ưu các thông số công nghệ;

- Các phương pháp tạo hình: các nghiên cứu về DTT thông thường, dập tạo hình phôi

tấm đơn, cặp phôi tấm; DTT có kết hợp gia nhiệt; DTT kết hợp sóng rung động

- Phát triển thiết bị và khuôn: các nghiên cứu về thiết bị chuyên dụng, thiết bị có điều

khiển, hệ thống điều khiển quá trình; khuôn có hệ thống chặn đàn hồi, hệ thống chặn toạ độ, khuôn có bề mặt đặt biệt;

- Vật liệu sử dụng cho DTT: bao gồm các nghiên cứu về vật liệu phổ biến trong công

nghệ dập, vật liệu kim loại màu, vật liệu khó biến dạng; nghiên cứu về mô hình thuộc tính vật liệu;

a) Nghiên cứu về công nghệ và các thông số cơ bản trong dập thủy tĩnh

Xây dựng lý thuyết về công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp, tác dụng trên bề mặt của phôi và ép phôi kim loại biến dạng theo hình dạng của khuôn đã được nghiên cứu từ trước năm

1960 và phát triển mạnh từ sau năm 1990 Các nghiên cứu tập trung vào tạo hình vật liệu tấm đơn trong đó đề xuất sơ đồ công nghệ, trạng thái ứng suất, biến dạng ở các vùng biến dạng khác nhau trên tấm [29, 41, 68, 72, 74, 86], phân tích và phát hiện khuyết tật sản phẩm như nhăn trên vành, biến mỏng vật liệu quá lớn gây rách ở những vùng kim loại khó điền đầy Các kết quả nghiên cứu được kiểm nghiệm và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất với từng trường hợp cụ thể (chủ yếu trong giao thông, ô tô, hàng không)

Điển hình ở Đức, tác giả M Kleiner, W Homberg [66] và Taylan Altan [93, 94] đã nghiên cứu nguyên lý của công nghệ DTT và các giai đoạn tạo hình như: giai đoạn đóng khuôn, biến dạng tự do của phôi và cuối cùng là điền đầy lòng khuôn Các giai đoạn tạo hình cũng như các thông số công nghệ được mô tả và được coi là những kiến thức nền tảng Từ đó, hàng loạt các nghiên cứu của nhiều tác giả khác trên thế giới khai thác lý thuyết cơ bản, cụ thể hoá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình như lực chặn, áp suất chất lỏng công tác, mức độ biến dạng trong từng giai đoạn Nhiều tác giả đã đưa ra công thức giải tích, công thức thực nghiệm để xác định các thông số công nghệ, đưa ra những nhận định quan trọng như: khi lực chặn tăng, phôi

bị giữ chặt trên vành cối, kim loại khó kéo vào lòng khuôn nên quá trình biến dạng chủ yếu là biên dạng kéo và biến mỏng của phôi tấm; hay áp suất chất lỏng công tác tăng sẽ làm kim loại nhanh chóng biến dạng và điền đầy lòng khuôn, áp suất này phụ thuộc vào vật liệu, hình dạng khuôn và lực chặn Trạng thái ứng suất và biến dạng được xem là quan trọng, đặc biệt ở những

vị trí biến dạng điền đầy góc lượn nhỏ của lòng khuôn và đó là trạng thái ứng suất nén, biến dạng kéo

Shi-Hong Zhang và các cộng sự [86] đã nghiên cứu và xác định biểu đồ phân bố ứng suất, biến dạng cụ thể ở các vị trí vành phôi, vị trí phôi biến dạng tự do, phôi tiếp xúc với đáy cối

Trang 25

áp suất chất lỏng lòng cối, lực chặn trong các trường hợp mặt cắt ngang của cối có các dạng tròn, elip, vuông, chữ nhật với vật liệu phôi thép Các tác giả cũng phân tích biến dạng trong các trường hợp tỷ lệ giữa chiều sâu cối với kích thước miệng cối và với góc lượn

a) b) Hình 1 9 Sơ đồ nguyên lý các trường hợp dập tạo hình (a) và mặt cắt sản phẩm (b) [32]

Dựa trên các nghiên cứu mô phỏng số và phân tích trên cơ sở đường cong biến dạng tới hạn, các tác giả đã đưa ra hệ số dập vuốt βeq= Ao/ Am với Ao là diện tích phôi ban đầu, Am là diện tích mặt cắt ngang của chày hoặc cối Tiết diện phôi ban đầu phụ thuộc vào chiều cao của sản phẩm hay độ sâu của cối Việc khảo sát được thực hiện với β=1.75, 2.00 và 2.25, sản phẩm được khảo sát khi điền đầy được bán kính góc lượn của cối và đạt được chiều cao thiết kế Với trường hợp mặt cắt ngang là elip, hệ số dập vuốt β = 1.75 và 2.00 sản phẩm được tạo hình thành công, khi β = 2.25, sản phẩm bị rách ở đáy

Tương tự, đối với trường hợp mặt cắt ngang hình chữ nhật, hình vuông tác giả cũng khảo sát trường hợp β= 2.25 tìm ra mối quan hệ giữa các cạnh của hình chữ nhật, chiều sâu cối, chiều dày vật liệu ảnh hướng tới khả năng đạt được bán kính góc lượn cối Nghiên cứu chỉ ra rằng, công nghệ DTT chỉ tạo hình sản phẩm thành công trong trường hợp bán kính góc lượn đáy cối tương đối lớn từ 10 lần chiều dày vật liệu trở lên để đảm bảo vật liệu không bị biến mỏng mãnh liệt gây rách đáy Bán kính góc lượn miệng cối không ảnh hưởng nhiều đến quá trình, sản phẩm luôn ôm sát miệng cối và tạo được bán kính góc lượn theo yêu cầu, tuy nhiên cũng phải đảm bảo không quá nhỏ (nhỏ hơn chiều dày) để đảm bảo kim loại không bị phá huỷ khi kéo qua góc lượn miệng cối Tuy bán kính góc lượn tương đối lớn, nhưng áp suất chất lỏng tạo hình cũng lên tới 40 Mpa Nếu áp suất tăng cao quá phôi sẽ bị rách trước khi điền đầy góc lượn

Tác giả C Palumbo và cộng sự [37] cũng nghiên cứu kích thước khuôn và đưa ra nhận định cối có hình dạng phức tạp thì khả năng tạo hình sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ hình học của khuôn cũng như bán kính lồi, lõm trên bề mặt đáy khuôn

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

Trang 26

13

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

ma sát thường được áp dụng trong tính toán nằm từ µ = (0.08÷0.25) Tuy nhiên, lực ma sát còn phụ thuộc vào lực chặn trên vành và cách bôi trơn Liu wei cùng các cộng sự [64] đã nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn khi dập vật liệu DC04, chiều dày 1.0 mm, chi tiết hình cầu đường kính 100 mm và chỉ ra lực chặn thay đổi trong quá trình tạo hình và quan tâm đến lực chặn lớn nhất để đảm bảo kín khít, không bị mất áp nhưng vẫn đảm bảo được việc kéo kim loại vào cối Kết quả nghiên cứu đưa ra các giá trị của lực chặn có thể dẫn tới sản phẩm bị nhăn (Q<400 kN), rách (Q>700 kN) và đưa ra lực chặn tối ưu (Q = 420 kN – 680 kN) (hình 1.10)

Hình 1 10 Đường lực chặn tối ưu đối với chi tiết cầu [64]

Các dạng hỏng trong quá trình như nhăn, nứt, rách, đàn hồi lại làm sai lêch kích thước cũng được nhiều nhà kỹ thuật quan tâm, phân tích nguyên nhân [34, 64, 86] và đưa ra giải pháp (hình 1.11) Nguyên nhân nhăn chủ yếu do lực chặn nhỏ, rách do mức độ biến dạng quá lớn, nhưng cũng có liên quan đến khả năng biến dạng dẻo của vật liệu [40, 57] Dựa trên mô phỏng

số, các tác giả lựa chọn được thông số công nghệ phù hợp để khắc phục hiện tượng nhăn và rách Nâng cao khả năng biến dạng của vật liệu, đặc biệt là biến dạng kéo chủ yếu được nghiên cứu thông qua thực nghiệm [20, 81] Khi thực hiện nghiên cứu các tác giả thường lựa chọn hình dạng chi tiết điển hình như trụ, hộp chữ nhật [54]

a) b)

Hình 1 11 Hiện tượng: rách (a) nhăn (b) trong quá trình DTT [64]

Đàn hồi lại chủ yếu liên quan đến bản chất vật liệu do ứng suất dư xuất hiện [23, 54] Tuy nhiên tác giả Kleiner [54] đã chứng minh ảnh hưởng của áp suất tạo hình đến ứng suất dư trên sản phẩm, áp suất tạo hình tăng thì ứng suất dư sẽ giảm, qua đó nâng cao độ chính xác sản phẩm dập Trong nghiên cứu của Bruni [23], tác giả đã trình bày các kỹ thuật để xác định ứng suất dư

Trang 27

14

và biến dạng đàn hồi thông qua đánh giá tín hiệu phản hồi của tia X và phương pháp cắt laser, sau đó đo trên máy đo 3D của hãng GOM (Đức) Một số nghiên cứu của các tác giả khác cũng nhận định tương tự rằng biến dạng đàn hồi giảm khi tăng áp suất tạo hình hoặc tăng ma sát giữa phôi và vành chặn [97, 99]

Nghiên cứu xác định các thông số hình học và công nghệ thường được các nhà kỹ thuật tiến hành bằng MPS để tiết kiệm chi phí và cho kết quả phân tích, nhận định ban đầu tương đối chính xác[32, 37, 64] Tác giả Daniel Koller và Stefan Ulbrich còn sử dụng MPS như một công

cụ hữu hiệu để tối ưu tham số điều khiển quá trình DTT [26]

b) Các nghiên cứu về phương pháp tạo hình

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

án dập cặp chi tiết, biến dạng theo 2 lòng khuôn trên và khuôn dưới để tiết kiệm năng lượng đồng thời nâng cao năng suất, cũng như độ chính xác của sản phẩm lắp ghép Tuy nhiên, các nghiên cứu về tạo hình cặp tấm chủ yếu được phát triển và tính toán thông số công nghệ, trạng thái ứng suất biến dạng dựa trên dập tấm đơn

Để nâng cao khả năng tạo hình của phương pháp, nhiều tác giả đã đề xuất và triển khai dập kết hợp với gia nhiệt cho phôi, điều này khá hiệu quả đối với tạo hình vật liệu kim loại màu

như nhôm và magiê thì độ giãn dài có thể tăng lên đến 300% Phôi có thể được gia nhiệt trên vành hoặc áp dụng công nghệ dập đẳng nhiệt để gia nhiệt trên toàn bộ phôi Việc gia nhiệt sẽ giảm được lực chặn và áp suất tạo hình [56] (hình 1.12)

Hình 1 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo hình [56]

Viện nghiên cứu Fraunhofer (Đức) đã thiết kế chế tạo hệ thống gia nhiệt di động sử dụng

suất tạo hình đến 800 bar [61, 75] Quá trình tạo hình có gia nhiệt mở ra khả năng tạo hình các chi tiết từ các vật liệu nhẹ như hợp kim nhôm, ma giê, titan với mức độ biến dạng tăng, giảm lực đóng khuôn, giảm áp suất tạo hình, tăng hệ số dập vuốt, nâng cao độ chính xác hình dạng [35, 56, 61, 68]

Nhằm tăng mức độ biến dạng của các vật liệu khó biến dạng, giảm áp suất cần thiết trong

Trang 28

15

lòng cối, một phương pháp mới được nghiên cứu và thử nghiệm là sử dụng nguồn chất lỏng cao

áp rung động (sóng va đập thủy lực) Phương pháp này tạo ra những ưu điểm như giảm lực kéo phôi vào trong cối do giảm ma sát giữa phôi và cối Áp suất tạo hình tương đối thấp, thường nằm trong khoảng từ 5 – 30 MPa

Hình 1 13 Hệ thống gia nhiệt trong quá trình dập bằng chất lỏng áp suất cao [35]

Để nâng cao hiệu quả và tạo hình được các chi tiết phức tạp, phương pháp DTT còn được kết hợp với dập vuốt thông thường để tạo ra phương pháp dập thuỷ cơ [52]

c) Phát triển thiết bị và khuôn trong công nghệ DTT

Thiết bị sử dụng trong dập bằng nguồn chất lỏng cao áp thường phức tạp và đòi hỏi có sự chuyên dụng và có khả năng điều khiển được các thông số công nghệ Tác giả Lince P.Sunny, Taylan Altan [63, 94] mô tả thiết bị sử dụng trong DTT phôi tấm gồm máy ép thuỷ lực để đóng khuôn, tạo lực chăn, hệ thống bơm chất lỏng và tăng áp, các hệ thống điều khiển được tích hợp

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

Trang 29

16

Hình 1 14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm [94]

Việc phát triển thiết bị chuyên dụng rất được các trường đại học, viện nghiên cứu trên thế giới quan tâm, đặc biệt ở Đức, hệ thống thiết bị hoàn chỉnh đã được nghiên cứu và triển khai công nghiệp [52] (hình 1.15)

Hình 1 15 Hệ thống thiết bị DTT điều khiển theo chương trình [52]

Song song với phát triển hệ thống thiết bị, nhiều nhà kỹ thuật chú trọng phát triển khuôn

có hệ thống chặn thông minh [24, 88] trong đó trên bề mặt chặn có gắn các sensor để xác định chuyển vị vành phôi phôi, từ đó điều khiển lực chặn, áp suất chặn sao cho phù hợp, vừa tạo điều kiện thuận lợi cho biến dạng phôi trên vành, vừa đủ để làm kín khít, tránh làm rò rỉ chất lỏng gây mất áp Các hệ thống chặn áp dụng công nghệ chặn toạ độ, chặn đàn hồi, chặn chủ động, bị động [25, 39] (hình 1.16, 1.17)

Trang 30

17

Hình 1 16 Hệ thống chặn toạ độ điều khiển theo thời gian và hành trình [25]

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

Trang 31

18

Hình 1 18 Sơ đồ điều khiển áp lực gioăng làm kín [25]

Việc điều khiển kín khít còn được thực hiện trực tiếp ngay trên gioăng, khi đó lực chặn trên phần vành sẽ giảm, vành phôi không bị nhăn và mức độ biến mỏng phôi cũng giảm đi (hình 1.18)

Klaus Siegert và các cộng sự [52] minh chứng hệ thống chặn điều khiển có thể làm giảm biến mỏng từ 6 đến 11% so với sử dụng tấm chặn cứng, qua đó nâng cao khả năng biến dạng vật liệu, tăng hệ số dập vuốt

Kết cấu khuôn, bề mặt khuôn đặc biệt là độ nhám bề mặt cũng ảnh hưởng nhiều đến khả năng tạo hình vật liệu [82, 86, 89] R Krux đã nghiên cứu với thép DC04 dày 1mm, áp suất tạo hình Pi = 20MPa trong hai trường hợp bề mặt cối có cấu trúc khác nhau Trường hợp 1 mặt cối với độ bóng Ra = 0.48μm, Rz = 2.35 μm Trường hợp 2 bề mặt cối với các gân với chiều rộng 0.735 mm, sâu 0.07mm, khoảng cách gân 2mm Thí nghiệm chỉ ra rằng cấu trúc bề mặt cối cũng như áp lực chặn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt sản phẩm (hình 1.19)

Hình 1 19 Bề mặt cối ảnh hưởng tới khả năng kéo phôi vào trong cối [82]

Kết quả thực nghiệm cho thấy kết cấu cối có gân làm giảm sự kéo phôi vào trong cối do

ma sát lớn và ảnh hưởng của cấu trúc bề mặt cối trong trường hợp có gân lớn hơn rất nhiều trong trường hợp khuôn thông thường khi áp lực trong xi lanh chặn Pbh = 2.0 to 4.0 MPa

d) Về vật liệu sử dụng trong công nghệ DTT

Có nhiều nghiên cứu về các loại vật liệu sử dụng trong công nghệ DTT như thép, nhôm, hợp kim nhôm, đồng, [40, 41, 50] các loại vật liệu khó biến dạng như thép không gỉ, hợp kim magie, titan [31, 48, 52, 53] Các nghiên cứu đã chỉ ra công nghệ DTT phù hợp khi tạo hình các loại vật liệu này

Trang 32

19

1.2.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ dập tạo hình bằng nguồn chất lỏng cao áp đã được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu từ 15 năm trở lại đây Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát quá trình dập tạo hình thủy tĩnh phôi ống và quá trình dập tạo hình thủy cơ Những nghiên cứu này chủ yếu khảo sát khả năng công nghệ và xác định các thông số cơ bản của quá trình và được thực hiện thông qua các đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ, các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ [3-9, 13, 18] Công nghệ DTT mới được các trường đại học lớn quan tâm như Đại học Bách Khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuật quân sự

Nhóm nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước mã số KC.05.19 (2002-2004) [5] đã tiến hành thiết

kế hệ thống công nghệ dập thủy tĩnh thành công các chi tiết từ phôi ống, đây là đề tài đầu tiên nghiên cứu về công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp tại Việt Nam

Nhóm nghiên cứu đề tài 01C-01/07-2008-2 [3] đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống công nghệ dập thành công chi tiết trụ 3 lớp kim loại và chi tiết dạng phức tạp (bình xăng xe Honda) bằng công nghệ dập thủy cơ, mở ra hướng nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ này vào thực tế

ở Việt Nam

Viện IMI đã thực hiện đề tài [7], kết quả nghiên cứu đã chứng minh những ưu điểm nổi bật của công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp và khả năng ứng dụng của công nghệ này vào sản xuất, đề tài cũng đã chế tạo thành công hệ thống khuôn dập thủy tĩnh cặp chi tiết hình cầu từ hai phôi tấm không hàn, chứng minh tính khả thi của công nghệ Năm 2014 Viện IMI tiếp tục tiến

hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản trong quá

trình dập tạo hình vật liệu tấm sử dụng chày chất lỏng cao áp”, đề tài đã bước đầu nghiên cứu

ảnh hưởng của các thông số công nghệ như lực chặn, áp suất tạo hình trong quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm

Tại các trường đại học và viện nghiên cứu, lĩnh vực dập bằng chất lỏng cao áp cũng được chú ý đến trong những năm gần đây Luận án của TS Nguyễn Văn Thành [13] thực hiện đã nghiên cứu và xác định mối quan hệ tương hỗ giữa các thông số tạo hình, xây dựng miền làm việc và mô hình toán học mối quan hệ thông số công nghệ trong quá trình dập thủy cơ Nghiên cứu này cho thấy sự khác nhau giữa công nghệ dập thủy cơ và dập thủy tĩnh cũng như lĩnh vực ứng dụng của nó Luận án của TS Lê Trung Kiên [9] đã tiến hành nghiên cứu về quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm đơn chi tiết dạng bán cầu; nghiên cứu các ảnh hưởng của áp suất, lực chặn đến quá trình tạo hình Luận án của TS Đinh Văn Duy [8] kế thừa và cụ thể hóa mối quan

hệ giữa một số thông số công nghệ trong quá trình DTT phôi tấm cặp Kết quả của các luận án

có tính tham khảo cao

Các công trình nghiên cứu trên cho thấy việc nghiên cứu về công nghệ DTT ở Việt nam vẫn còn rất mới mẻ, những nghiên cứu trên mới chỉ ở giai đoạn ban đầu, vẫn còn nhiều vấn đề khoa học cần được nghiên cứu sâu hơn nữa

1.3 Phân tích đánh giá các nghiên cứu hiện nay

Khảo sát các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cho thấy công nghệ DTT đa dạng, có nhiều ưu điểm trong ứng dụng công nghiệp Tuy nhiên rất nhiều thông số công nghệ, thông số khuôn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như khả năng công nghệ như lực chặn, áp suất tạo hình, ma sát, nhiệt độ, hình dạng kích thước khuôn Các thông số này thường có mối quan hệ với nhau và cần phải xác định một cách chính xác để có thể lựa chọn

Trang 33

20

được chế độ tạo hình tối ưu cũng như lựa chọn thiết bị và lập trình điều khiển cho quá trình tạo hình Các thông số này thường khó xác định bằng phương pháp giải tích, mà cần có phương pháp phù hợp như kết hợp phân tích lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm

Những vấn đề đã được các tác giả trong nước và trên thế giới thực hiện bao gồm:

- Xây dựng sơ đồ, nguyên lý quá trình DTT; các trạng thái ứng suất, ứng suất dư; các hiện tượng hỏng của sản phẩm;

- Xác định ảnh hưởng của áp suất chất lỏng tạo hình tới việc tạo hình sản phẩm dạng bán cầu, dạng cầu;

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

- Xác định ảnh hưởng của vật liệu: đồng, thép, titan, magie, nhôm trong quá trình DTT;

- Đã có những nghiên cứu về các phương pháp DTT nhằm làm tăng năng suất cũng như khả năng tạo hình như dập cặp chi tiết, DTT kết hợp dập vuốt thuông thường, DTT kết hợp DTC; phương pháp gia nhiệt trong quá trình DTT phôi tấm ;

- Xây dựng được hệ thống chặn thông minh, điều khiển theo hành trình, hệ thống chặn đàn hồi nhằm làm tăng mức độ kéo phôi trong quá trình DTT;

Những vấn đề chưa được khai thác rõ hoặc chưa được nghiên cứu bao gồm:

- Đối với chi tiết dạng trụ, cơ chế tạo hình khác so với chi tiết dạng cầu, tuy nhiên chưa

có nghiên cứu nào làm rõ vấn đề này;

- Chưa có công trình nào làm rõ mối quan hệ giữa các yếu tố về thông số công nghệ, hình dạng hình học cối tới khả năng tạo hình sản phẩm trụ một cách khái quát, cụ thể:

+ Mối tương quan giữa các yếu tố công nghệ với nhau trong tạo hình chi tiết dạng trụ chưa

có công trình nào trình bày một cách rõ ràng;

+ Ảnh hưởng của các thông số về hình dạng hình học khuôn đã có một số nghiên cứu, tuy nhiên nghiên cứu về chiều sâu tương đối của cối tới khả năng tạo hình sản phẩm chưa được nêu rõ;

+ Bán kính miệng cối đã có nhiều công bố, tuy nhiên chưa có công bố về ảnh hưởng của bán kính đáy cối tới khả năng tạo hình của sản phẩm;

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

đo có khả năng triển khai thực tiễn là vấn đề rất quan trọng để nghiên cứu công nghệ DTT, tuy nhiên cũng chưa có hệ thống thiết bị phù hợp cho DTT chi tiết trụ;

Từ những phân tích và nhận định trên, trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và thông số hình học cối tới khả năng tạo hình và chất lượng sản phẩm trong DTT phôi tấm để tạo hình chi tiết trụ, từ đó xác định chế độ công nghệ phù hợp nhằm đạt được sản phẩm tốt nhất

1.4 Cơ sở lý thuyết về dập thủy tĩnh phôi tấm

1.4.1 Quá trình DTT phôi tấm

Quá trình DTT phôi tấm có thể được mô tả như hình 1.20 dưới dây Đầu tiên phôi tấm đặt trên cối, được kẹp chặt giữa tấm chặn và cối nhờ lực đóng khuôn Chất lỏng được bơm vào

Trang 34

21

khuôn nhờ thiết bị cấp chất lỏng và kênh dẫn trên tấm chặn Áp suất chất lỏng tăng dần, tác dụng vào bề mặt phôi tấm làm phôi biến dạng, biến dạng tự do cho đến khi tiếp xúc với đáy cối Chất lỏng tiếp tục tăng áp suất ép phôi biến dạng theo các vị trí góc lồi lõm trong lòng cối Quá trình này kết thúc khi phôi tấm điền đầy hoàn toàn lòng cối và hình thành sản phẩm dập có biên dạng và kích thước theo hình dạng và kích thước của cối

Như vậy, quá trình DTT phôi tấm có thể chia thành 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: đóng khuôn Phôi tấm được định vị và kẹp chặt giữa vành cối và tấm chặn nhờ lực chặn, sau đó chất lỏng được bơm vào khuôn, tác dụng vào bề mặt phôi tấm

- Giai đoạn 2: tạo hình tự do Phôi tấm bị kéo vào lòng cối dưới tác dụng của áp suất chất lỏng, phôi phồng lên và hình thành dạng chỏm cầu

- Giai đoạn 3: điền đầy lòng khuôn Áp suất chất lỏng tăng cao, đủ lớn để ép phôi kim loại biến dạng vào các vị trí góc lượn đáy cối và tạo ra hình dạng sản phẩm

Theo sơ đồ biểu diễn và phân tích các giai đoạn tạo hình, có thể thấy những thông số cơ bản sau đây ảnh hưởng đến quá trình tạo hình phôi tấm:

- Thông số công nghệ:

+ Áp suất chất lỏng công tác Pth làm phôi biến dạng theo biên dạng lòng cối Như vậy, áp suất chất lỏng sẽ tăng dần làm phôi biến dạng tự do cho đến khi phôi điền đầy lòng cối Thực tế cho thấy, giá trị áp suất tạo hình là thông số phụ thuộc áp suất chặn Nghĩa là với một giá trị áp suất chặn xác định, chỉ tồn tại một giá trị áp suất tạo hình cao nhất có thể

+Áp suất chặn Qch giữ không bị mất ổn định, không bị nhăn trên vành trong quá trình biến dạng, giữ kín để chất lỏng trong lòng cối không thoát ra trên vành gây mất áp, đồng thời không quá lớn để có thể kéo phôi vào lòng cối trong quá trình biến dạng (trường hợp DTT có dịch chuyển phôi trên mặt bích hay mặt vành)

+ Biên dạng phôi, kích thước và chiều dày phôi

Trang 35

22

Hình 1 20 Sơ đồ quá trình DTT phôi tấm

Để đánh giá được ảnh hưởng của các thông số công nghệ này, cần thiết phải khảo sát cơ

sở lý thuyết của bài toán DTT tức là phân tích ứng suất, biến dạng, áp suất chất lỏng tạo hình, lực chặn trong các giai đoạn biến dạng khác nhau

1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự do

Giai đoạn biến dạng tự do được bắt đầu từ khi phôi bị phồng dưới tác dụng của áp suất chất lỏng cho đến khi phôi chạm vào đáy cối (hình 1.21)

Hình 1 21 Giai đoạn biến dạng tự do [77]

Vùng phôi bị kéo căng tự do, ứng suất xuất hiện trong phôi do áp suất chất lỏng tác dụng vào bề mặt phôi Vùng phôi trên vành bị nén dưới tác dụng của lực chặn và có trạng thái ứng suất, biến dạng tương tự như dập vuốt truyền thống

Có 4 vị trí cần khảo sát trong giai đoạn này như trên hình 1.22, trong đó điểm A trên vành phôi, B tại vị trí mép cối, điểm C và P nằm trên phôi đang biến dạng tự do với P là vị trí đỉnh chỏm cầu có mức độ biến dạng lớn nhất

Trang 36

23

Hình 1 22 Các vùng biến dạng trên phôi [15]

Khảo sát bài toán theo hệ toạ độ chính (0,1,2,3) trong đó phương 1 tương ứng với phương phôi kim loại kéo vào lòng khuôn, phương 2 theo phương của lực tác dụng (như trong dập vuốt truyền thống) hay phương của lực chặn, phương 3 theo phương tiếp tuyến Hình 1.23 biểu diễn trạng thái ứng suất và biến dạng của vành phôi, vùng biến dạng tự do và vùng phôi chạm đáy cối

Hình 1 23 Trạng thái ứng suất và biến dạng của phôi trong DTT phôi tấm [86]

Vành phôi, điểm A

Trên vành phôi, ứng suất 1 xuất hiện do phôi kim loại bị kéo vào lòng khuôn, ứng suất 2

do tấm chặn tác dụng lực nén lên vành phôi, ứng suất 3 là ứng suất nén trên vành, ứng suất này gây ra nhăn phôi trên vành Đối với DTT cần lưu ý thành phần ứng suất 2 bởi nếu gây ra nhăn

sẽ tạo ra khe hở giữa phôi và chặn làm cho chất lỏng trong lòng khuôn trào ra ngoài và bị mất

Trang 37

24

Trong đó:

- μ là hệ số ma sát giữa phôi và tấm chặn, phôi và vành cối;

- f là ứng suất chảy của vật liệu;

- χ là hệ số hiệu chỉnh;

- Pn là áp suất trên vành phôi dưới tác dụng của lực chặn Qch’;

- So là chiều dày phôi;

Trên vành, phôi có thể bị biến dày Biến dạng tuân theo mối quan hệ sau [11]:

R

1 2 lnR

Phôi tiếp xúc và bị uốn, vuốt theo góc lượn miệng cối, điểm B

Trạng thái ứng suất, biến dạng của vùng này tương tự như dập vuốt truyền thống Tại điểm

B, ứng suất 1 đạt giá trị lớn nhất khi phôi bị kéo vào lòng khuôn

1 lnr

Vùng biến dạng tự do, điểm C: Phôi bị biến dạng kéo căng dưới tác dụng của áp suất Pth,

bị biến mỏng có nghĩa là chiều dày phôi giảm đi Giá trị biến mỏng sẽ lớn nhất tại điểm P Giá trị ứng suất có thể xác định theo công thức:

P 1

Sp là chiều dày tại điểm P;

Tại vị trí P trong giai đoạn biến dạng tự do, giá trị ứng suất 1 đạt đến giới hạn chảy, sự phá hủy (rách) sẽ xảy ra khi biến mỏng quá lớn Hiện tại, chưa có một công thức giải tích nào cho phép xác định chính xác giá trị biến mỏng Tuy nhiên, ta có thể phân tích bài toán và xác định trong trường hợp coi phôi không bị kéo từ vành vào lòng khuôn

Trang 38

25

Hình 1 24 Quá trình biến dạng tự do của tấm [77]

Xét tại điểm P bất kỳ trên vùng tấm bị phồng, có thể xác định biến dạng thông qua các quan

hệ hình học của bài toán:

- Biến dạng hướng vĩ tuyến:

(1.7)

Từ (1.5 ÷ 1.7) và các quan hệ hình học có được:

(1.8) Với:

Trang 39

26

hay Hằng số C có thể tìm ra từ điều kiện biên:

Ta được:

(1.10)

Do đó, bán kính ro được xác định như sau:

(1.11) Với các giá trị r, ro, dr, dro, a, h, ρ được thể hiện ở hình 1.24, xác định được các giá trị biến dạng:

1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng cối

Phôi tấm dưới tác dụng của áp suất chất lỏng lòng cối bị nén, ép sát vào biên dạng của lòng cối, điền đầy các vị trí góc lượn, hay những vị trí lồi lõm của lòng cối

Trạng thái ứng suất và biến dạng được biểu diễn như trên hình 1.23 (vùng đáy tiếp xúc với bề mặt cối)

Khi điền đầy lòng cối, áp suất chất lỏng Pth sẽ tăng cao hơn nhiều so với giai đoạn biến dạng tự do Qua phân tích lý thuyết cho thấy, những vùng đáy phẳng, kim loại sẽ điền đầy trước bởi áp suất chất lỏng cần thiết chỉ là áp suất chất lỏng tạo hình Tuy nhiên, những vị trí góc lượn,

áp suất chất lỏng sẽ lớn hơn nhiều bởi phải cần thêm một áp lực để thắng lại cản trở của kim

Trang 40

Theo [77] áp suất cần thiết khi tính đến dịch chuyển phôi trên vành để bổ sung kim loại trong lòng cối không bị biến mỏng quá lớn có thể xác định theo công thức kinh nghiệm:

Trong đó:

So – chiều dày vật liệu

m – giới hạn bền của vật liệu rmin– bán kính trong nhỏ nhất của sản phẩm dập Trường hợp với các chi tiết có hình dạng phức tạp, tạo hình với các biên dạng lòng cối có bán kính góc lượn khác nhau, cho đến nay chưa có một lý thuyết nào tính toán chính xác thông

số áp suất tạo hình, hầu hêt trong nghiên cứu, các nhà kỹ thuật phải sử dụng phương pháp MPS kết hợp với thực nghiệm để xác định thông số này

Lực chặn sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình dập tạo hình và chất lượng sản phẩm Lực chặn không chỉ làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng tại phần vành mà còn có tác dụng tạo lực cản trở không cho chất lỏng thoát ra trên phần vành (trong trường hợp đảm bảo kín khít, thường các nhà kỹ thuật vẫn phải sử dụng gioăng làm kín) mà còn chống nhăn cho vành phôi và tạo điều kiện để phôi kéo vào lòng cối Như vậy, lực chặn phôi phải thỏa mãn 3 điều kiện:

- Trị số của nó không quá lớn gây cản trở quá trình kéo phôi vào lòng cối gây biến mỏng quá mức hoặc phá hủy phôi trong quá trình dập

- Lực chặn không quá nhỏ dẫn đến hiện tượng nhăn tại vành phôi

- Đảm bảo làm kín khuôn tránh hiện tượng rò rỉ chất lỏng gây mất áp suất trong lòng cối Lực chặn phôi trong công nghệ DTT có mối quan hệ mật thiết với áp suất lòng cối, vật liệu phôi, hệ số dập vuốt, trạng thái bề mặt chặn, ma sát giữa phôi và cối…v.v

Lực chặn phôi chủ yếu được xác định bằng công thức thực nghiệm Trong nghiên cứu, các nhà kỹ thuật áp dụng MPS để khảo sát và xác định miền lực chặn phù hợp cho công nghệ Trong DTT phôi tấm, ngoài lực giữ cho vành phôi không mất ổn định trong quá trình tạo hình Q2, lực chặn còn cần thêm thành phần lực Q1 chống lại lực do chất lỏng trong lòng cối đẩy ngược lại, với:

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	4,91 MB