- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG VỎ MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY TĨNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI – NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - LÊ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG VỎ MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY TĨNH Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. - PHẠM VĂN NGHỆ HÀ NỘI – NĂM 2014 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 từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 2 năm 2014 Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS. - Tôi xin cảm ơn Phòng Đo lường, Viện Tên Lửa đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho phép sử dụng các cảm biến đo các thông số công nghệ phục vụ thu thập và xử lý tín hiệu trong thực nghiệm. - Tôi xin cảm ơn Công ty TNHH FC Hòa lạc đã tạo điều kiện giúp đỡ đo các thông số hình học của sản phẩm sau khi thực nghiệm. - Tôi xin cảm ơn Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp IMI – Bộ Công Thương đã giúp đỡ cho phép tôi sử dụng nguồn chất lỏng cao áp phục vụ thí nghiệm. - Nghiên cứu sinh Lê Trung Kiên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. - vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. - Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. - Phương pháp nghiên cứu. - TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH. - Những nét cơ bản tạo hình kim loại bằng công nghệ dập thủy tĩnh. - Ưu điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. - Nhược điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. - Các phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp. - Dập thủy cơ. - Dập thủy tĩnh phôi ống. - Dập thủy tĩnh phôi tấm. - Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm. - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH. - 29 2.1 Trạng thái ứng suất,biến dạng trong dập thủy tĩnh. - 29 2.2 Áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình, lực dập, lực chặn trong dập thủy tĩnh. - 31 2.2.1 Áp suất chất lỏng cần thiết P0. - 33 2.2.3 Lực chặn. - 33 2.2.4 Miền làm việc của thông số công nghệ chính khi dập thủy tĩnh chi tiết tấm . - 34 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ. - 35 3.1 Vật liệu và mô hình vật liệu sử dụng dập thủy tĩnh. - 36 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới quá trình DTT bằng mô phỏng số. - 38 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ. - 43 3.3.2.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến áp suất chất lỏng tạo hình lòng cối P0. - 43 3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều cao tương đối X1 đến áp suất chất lỏng cần thiết tạo hình trong lòng cối. - 49 3.4 Mối quan hệ của độ biến mỏng với áp suất tạo hình P0, lực chặn Q. - 55 4.2 Tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh. - 56 4.2.1 Hệ thống cấp chất lỏng cao áp. - 60 4.2.4 Hệ thống đối áp cho khuôn thí nghiệm. - 71 5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp không có đối áp. - 71 5.1.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến tạo hình chi tiết. - 72 5.1.2 Quan hệ của chiều cao tương đối với áp suất cần thiết trong lòng cối. - 74 5.1.3 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp không đối áp. - 78 5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp có đối áp. - 83 5.2.1 Ảnh hưởng của đối áp tới tạo hình chi tiết. - 83 5.2.2 Ảnh hưởng của lực chặn tới tạo hình chi tiết trong trường hợp có đối áp. - 85 5.2.3 Quan hệ chiều cao tương đối sản phẩm và áp suất trong lòng cối trong trường hợp có đối áp. - 88 5.2.4 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp có đối áp. - 90 5.3 Khảo sát độ biến mỏng chiều dày sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh. - 94 5.3.1 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi không đối áp. - 95 5.3.2 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi có đối áp. - 103 Những vấn đề cần được nghiên cứu tiếp. - 112 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải Đơn vị D Đường kính miệng chi tiết dập mm D0 Đường kính phôi mm H Chiều cao sản phẩm mm Hi Chiều cao tức thời của sản phẩm mm X1 = iHD Chiều cao tương đối X2 = iSD Chiều dày tương đối k Mức độ dập vuốt m Hệ số dập vuốt N Lực đối áp kN P0 Áp suất chất lỏng trong lòng cối bar P1 Áp suất trong xi lanh chặn bar P2 Áp suất trong xilanh đối áp bar Q Lực chặn kN Rc Bán kính cối mm rc Bán kính góc lượn cối mm R0 Thông số dị hướng Lankford theo phương cán R45 Thông số dị hướng Lankford theo phương 450 so với phương cán R90 Thông số dị hướng Lankford theo phương vuông góc phương cán R Thông số dị hướng Lankford trung bình S0 Chiều dày phôi mm Si Chiều dày phôi bị biến mỏng mm Mức độ biến mỏng % z Mức độ biến dạng tương đối hướng trục. - Mức độ biến dạng tương đối hướng kính % p Mức độ biến dạng dẻo logarit μ Hệ số ma sát Ứng suất tương đương MPa σb Ứng suất bền MPa σf Ứng suất chảy MPa σ Ứng suất theo phương dập MPa σz Ứng suất hướng trục MPa σθ Ứng suất hướng tiếp MPa σρ Ứng suất hướng kính MPa FLC Forming Limit Curve – Đường cong biến dạng tới hạn FLD Forming Limit Diagram - Giản đồ biến dạng tới hạn PTHH Phần tử hữu hạn Л70 Đồng Latông A70 (tiêu chuẩn ΓOCT) CDA260 Đồng Latông A70 (TCVN 1659-75) DTT Dập thủy tĩnh CLCA Chất lỏng cao áp vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Thông số mô hình vật liệu 25 Bảng 3.1 Thành phần hóa học đồng CDA260 35 Bảng 3.2 Tính chất vật liệu đồng CDA260 35 Bảng 3.3 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.5 43 Bảng 3.4 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.1 45 Bảng 3.5 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.2 46 Bảng 3.6 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.3 47 Bảng 3.7 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.4 48 Bảng 3.8 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 49 kN 49 Bảng 3.9 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 53 kN 49 Bảng 3.10 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 57 kN 50 Bảng 3.11 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 61 kN 50 Bảng 3.12 Giá trị áp suất tạo hình cần thiết phụ thuộc vào chiều cao tương đối X1 51 Bảng 3.13 Trạng thái ứng suất và biến dạng của sản phẩm qua các trường hợp mức độ biến dạng khác nhau 52 Bảng 3.14 Độ biến mỏng chi tiết phụ thuộc vào lực chặn Q 53 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp độ biến mỏng, biến dầy lớn nhất khi mô phỏng chi tiết cầu D50 54 Bảng 4.1 Thông số của hệ thống tăng áp 57 Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật xi lanh khí nén đường kính 50 mm 65 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật máy ép thủy lực 125 tấn 66 Bảng 4.4 Bảng giá trị thử nghiệm mối quan hệ chiều cao tương đối – áp suất xi lanh chặn – Áp suất lòng cối 69 Bảng 5.1 Thành phần hóa học và cơ tính đồng CDA260 71 Bảng 5.2 Giá trị lực chặn ứng với các sản phẩm đạt chất lượng 74 Bảng 5.3 Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối 77 Bảng 5.4 Giá trị lực đối áp với các sản phẩm đạt chiều cao tương đối X1 85 Bảng 5.5 Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng trường hợp đối áp N = 0.4 kN 88 Bảng 5.6 Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối trường hợp đối áp N = 0.4 kN 88 Bảng 5.7 Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn Q trong trường hợp không có đối áp 96 Bảng 5.8 Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn Q trong trường hợp có đối áp 99 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Phân loại các dạng tạo hình bằng chất lỏng cao áp 4 Hình 1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp 5 Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết tấm 5 Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết ống 6 Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị dập thủy cơ chi tiết tấm 6 Hình 1.6 So sánh ứng suất giữa dập vuốt truyền thống và dập chất lỏng cao áp 6 Hình 1.7 Ống tạo hình bằng chất lỏng cao áp được áp dụng trên khung ô tô 7 Hình 1.8 Sơ đồ các bước dập thủy cơ 8 Hình 1.9 Các chi tiết khung ô tô 9 Hình 1.10 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống 9 Hình 1.11 Phôi được cắt và uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm 10 Hình 1.12 Phôi đặt vào lòng khuôn 10 Hình 1.13 Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm 10 Hình 1.14 Sơ đồ công nghệ và dạng sản phẩm ống nối, ống dẫn 11 Hình 1.15 Dạng trục bậc, trục cam 11 Hình 1.16 Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy 11 Hình 1.17 Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm 12 Hình 1.18 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm 12 Hình 1.19 Mức độ dập vuốt tăng lên khi dập thủy tĩnh 13 Hình 1.20 Dập tấm chỏm cầu 13 Hình 1.21 Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm 13 Hình 1.22 So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống 14 Hình 1.23 Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm 14 Hình 1.24 Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền thống 14 Hình 1.25 Nguyên lý dập thủy tĩnh cặp phôi tấm kết hợp dập vuốt truyền thống 15 Hình 1.26 Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe) 15 Hình 1.27 Các chi tiết có dạng không gian rỗng trong xe ô tô 15 Hình 1.28 Sản phẩm lệch vành khi dập thủy tĩnh do sự chảy không ổn định 16 Hình 1.29 Hình ảnh thí nghiệm bị biến mỏng 16 Hình 1.30 Tỉ lệ công bố khoa học theo khu vực và theo năm công bố 17 Hình 1.31 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm 18 Hình 1.32 Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm đơn 18 Hình 1.33 Các kết cấu của đối áp khi dập phôi tấm đơn 19 Hình 1.34 Kết cấu cối có phần di chuyển 19 Hình 1.35 So sánh biến mỏng khi thực nghiệm có cối di chuyển và không cối di chuyển 19 Hình 1.36 Chu kỳ tác động áp suất dạng sóng va đập 20 Hình 1.37 Sơ đồ kết nối các phần tử đo và thu thập dữ liệu đo 20 Hình 1.38 Các thông số ảnh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo hình 21 Hình 1.39 Sơ đồ thí nghiệm sự chảy của vật liệu phụ thuộc vào các thông số công nghệ 21 Hình 1.40 Các dạng hỏng và ảnh hưởng chiều sâu dập vuốt của vật liệu FeP04 22 Hình 1.41 Miền làm việc của lực chặn tương đương với áp suất cần thiết tạo hình 22 Hình 1.42 Đồ thị tra lực chặn cần thiết khi biết áp suất chất lỏng lớn nhất trong lòng cối 22 Hình 1.43 Đường cong chảy của vật liệu 23 Hình 1.44 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình trụ chiều cao 25 và 30 mm 23 Hình 1.45 Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình hộp tại các điểm trên chi tiết 23 Hình 1.46 Quan hệ biến mỏng và ma sát giữa phôi và vành chặn khi thực nghiệm thép không gỉ 24 Hình 1.47 Đánh giá hệ số ma sát tối ưu chi tiết đường kính 90mm dày 0.5 mm vật liệu 24 viii AISI 304 Hình 1.48 Đường quan hệ lực – biến dạng khi kéo thử mẫu 25 Hình 1.49 Ứng suất và giới hạn rách sản phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm 25 Hình 1.50 Đường cong giới hạn tạo hình FLD 25 Hình 1.51 Giá trị biến dạng tới hạn với chi tiết hình trụ và hình hộp dùng vẽ đường cong tới hạn 26 Hình 1.52 Kết cấu bề mặt cối khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối 26 Hình 1.53 Khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối 26 Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thông thường 29 Hình 2.2 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy cơ 29 Hình 2.3 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy tĩnh 30 Hình 2.4 Phần phôi ép vào thành (chiều cao h) khi đi qua bán kính góc lượn cối 30 Hình 2.5 Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng vùng tự do trong cối thủy tĩnh khi có đối áp bằng chất lỏng 31 Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên phôi phẳng khi DTT phần vành phôi 31 Hình 2.7 Sơ đồ tính toán dập chi tiết có độ cong kép 32 Hình 2.8 Sơ đồ xác định độ biến dạng tiếp tuyến trung bình và thông số vùng lõm chỏm cầu 33 Hình 2.9 Miền làm việc và quan hệ các thông số tạo hình khi DTT 34 Hình 3.1 Thông số mẫu thí nghiệm kéo JIS-5 35 Hình 3.2 Mẫu thí nghiệm kéo theo 3 hướng 36 Hình 3.3 Thí nghiệm kéo mẫu trên máy kéo nén MTS-809 Axial / Torsinal Test System,hệ thống đo lực / biến dạng 36 Hình 3.4 Đồ thị quan hệ ứng suất- biến dạng của vật liệu khi kéo theo các hướng 0o,45o,và 90o so với hướng cán 36 Hình 3.5 Mô hình hình học 39 Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết chỏm cầu 39 Hình 3.7 Mô hình chia lưới mô phỏng dập thủy tĩnh chỏm cầu 39 Hình 3.8 Lựa chọn bài toán dập thủy tĩnh 40 Hình 3.9 Hộp thoại định nghĩa phôi cho quá trình tạo hình 41 Hình 3.10 Định nghĩa các thông số chính và đường cong chảy cho vật liệu 41 Hình 3.11 Định nghĩa đường cong giới hạn 41 Hình 3.12 Định nghĩa các chi tiết chính của bài toán DTT 42 Hình 3.13 Định nghĩa điều kiện tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công 42 Hình 3.14 Định nghĩa vị trí dụng cụ tạo hình ( chày,cối và chặn) 42 Hình 3.15 Mô hình chạy Animator 43 Hình 3.16 Sản phẩm nhăn do không đủ lực chặn 44 Hình 3.17 Sản phẩm rách do lực chặn quá lớn 44 Hình 3.18 Sản phẩm đạt yêu cầu 44 Hình 3.19 Độ kéo phôi vào so với phôi ban đầu 44 Hình 3.20 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình và lực chặn khi X1= 0.5 45 Hình 3.21 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1 = 0.1 45 Hình 3.22 Sản phẩm với chiều cao Hi = 5 mm 46 Hình 3.23 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.2 46 Hình 3.24 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 10 mm 46 Hình 3.25 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.3 47 Hình 3.26 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 15 mm 47 Hình 3.27 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.4 48 Hình 3.28 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 20 mm 48 Hình 3.29 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn 49 ix Q = 49 kN Hình 3.30 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn Q = 53 kN 49 Hình 3.31 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn Q = 57 kN 50 Hình 3.32 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn Q= 61 kN 50 Hình 3.33 So sánh giữa chiều cao tương đối thấp và chiều cao tương đối cao hơn 51 Hình 3.34 Sơ đồ điểm đo biến mỏng trên khi mô phỏng chi tiết chỏm cầu 53 Hình 4.1 Thành phần của hệ thống DTT phôi tấm 55 Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm DTT 56 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm 56 Hình 4.4 Thành phần hệ thống thực nghiệm 57 Hình 4.5 Bộ khuôn DTT 58 Hình 4.6 Kết cấu bộ khuôn DTT 59 Hình 4.7 Bản vẽ và chi tiết cối thủy tĩnh tương ứng bán kính góc lượn cối 1, 2, 3 mm 59 Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống đo áp suất - hành trình 60 Hình 4.9 Cấu trúc cảm biến đo áp suất 60 Hình 4.10 Sơ đồ khối của cảm biến điện trở tiếp xúc 61 Hình 4.11 Sơ đồ mạch gia công tín hiệu đo áp suất 61 Hình 4.12 Sơ đồ ghép nối card thu thập số liệu với hệ thống 61 Hình 4.13 Hệ thống đo áp suất – hành trình 61 Hình 4.14 Hệ thống đo hành trình lắp ráp trên khuôn thí nghiệm 62 Hình 4.15 Chương trình đo và lưu các thông số áp suất - hành trình 62 Hình 4.16 Chương trình đọc kết quả thông số áp suất - hành trình 63 Hình 4.17 Ma sát cản trở kéo phôi vào cối dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh 63 Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý phát triển quá trình dập vuốt phôi phẳng có sự chuyển dịch mặt bích, bằng chày chất lỏng và chất khí trong cối cứng 64 Hình 4.19 Hệ thống khuôn và đối áp sử dụng khí nén 64 Hình 4.20 Hình ảnh và thông số xi lanh đối áp 64 Hình 4.21 Hình ảnh lắp ráp hệ thống đối áp 65 Hình 4.22 Máy ép thuỷ lực 125 tấn 65 Hình 4.23 Hệ thống điều khiển áp suất lắp vào máy ép thuỷ lực 125 tấn 66 Hình 4.24 Lắp nửa khuôn dưới và nửa khuôn trên 66 Hình 4.25 Lắp hệ thống đối áp và đo hành trình 67 Hình 4.26 Hệ thống khuôn dập thủy tĩnh vật liệu tấm sau khi lắp hoàn chỉnh 67 Hình 4.27 Phôi tấm sau khi được cắt hình 68 Hình 4.28 Quá trình thí nghiệm với phôi đồng CDA260 và sản phẩm dập thử 68 Hình 4.29 Sản phẩm dập thử với chiều cao và áp suất xi lanh chặn khác nhau 69 Hình 4.30 Các sản phẩm dập thử chưa đạt yêu cầu 70 Hình 4.31 Sản phẩm đạt yêu cầu 70 Hình 5.1 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45 kN 72 Hình 5.2 Sản phẩm dập bị lệch 72 Hình 5.3 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu D01) 73 Hình 5.4 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 65 kN 73 Hình 5.5 Sản phẩm chiều cao Hi = 5 mm, lực chặn Q = 49 kN (mẫu A001) 75 Hình 5.6 Sản phẩm chiều cao Hi = 10mm, lực chặn Q = 49 kN (mẫu A01) 75 Hình 5.7 Sản phẩm chiều cao Hi = 15mm, lực chặn Q = 49 kN (mẫu B01) 76 Hình 5.8 Sản phẩm chiều cao Hi = 20 mm, lực chặn Q = 49 kN (mẫu C01) 76 Hình 5.9 Sản phẩm chiều cao Hi = 25 mm, lực chặn Q = 49 kN (mẫu D01) 77 x Hình 5.10 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 49 kN 78 Hình 5.11 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 53 kN 78 Hình 5.12 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 57 kN 79 Hình 5.13 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 61 kN 79 Hình 5.14 Đồ thị so sánh quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 các trường hợp lực chặn Q = 49 ÷ 61 kN khi thực nghiệm và mô phỏng số 79 Hình 5.15 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.1 80 Hình 5.16 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.2 80 Hình 5.17 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.3 80 Hình 5.18 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.4 80 Hình 5.19 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.5 80 Hình 5.20 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q theo X so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng) 81 Hình 5.21 Đồ thị áp lực lòng cối theo chiều cao tương đối X1 và áp suất chặn khi không có đối áp 82 Hình 5.22 Sản phẩm dập lực chặn Q = 65 kN, lực đối áp N = 0.1 kN 83 Hình 5.23 Sản phẩm thực nghiệm với N = 0.3 kN ÷ 0.7 kN (Q = 65 kN) 84 Hình 5.24 Sản phẩm với lực đối áp N = 0.9. - 1 kN 84 Hình 5.25 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45kN, lực đối áp N = 0.4 kN 85 Hình 5.26 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49kN, lực đối áp N = 0.4 kN 86 Hình 5.27 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 84 kN, lực đối áp N = 0.4 kN (đồ thị ứng với chi tiết E91) 87 Hình 5.28 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 87 kN, lực đối áp N = 0.4 kN 87 Hình 5.29 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 49 kN 90 Hình 5.30 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 53 kN 90 Hình 5.31 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 57 kN 90 Hình 5.32 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 61 kN 90 Hình 5.33 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 65 kN 91 Hình 5.34 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 68 kN 91 Hình 5.35 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 72 kN 91 Hình 5.36 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 76 kN 91 Hình 5.37 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X1 khi Q = 80 kN 91 Hình 5.38 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.1 92 Hình 5.39 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.2 92 Hình 5.40 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.3 92 Hình 5.41 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.4 93 Hình 5.42 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X1 = 0.5 93 Hình 5.43 Đồ thị áp lực lòng cối theo X1 và lực chặn khi có đối áp N = 0.4 kN 94 Hình 5.44 Sơ đồ điểm đo biến mỏng chi tiết chỏm cầu dập bằng công nghệ DTT 95 Hình 5.45 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN, đối áp N = 0 kN 95 Hình 5.46 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 61 kN, đối áp N = 0 kN 96 Hình 5.47 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 1 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 97 Hình 5.48 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 2 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 97 Hình 5.49 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 3 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 97 Hình 5.50 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 4 trên chi tiết tương ứng với lực chặn 97 xi Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN Hình 5.51 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 5 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN 98 Hình 5.52 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN, đối áp N = 0.4 kN 98 Hình 5.53 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 80 kN, đối áp N = 0.4 kN 99 Hình 5.54 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 1 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) 100 Hình 5.55 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 2 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) 101 Hình 5.56 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 3 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) 101 Hình 5.57 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 4 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) 101 Hình 5.58 Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 5 trên chi tiết tương ứng với lực chặn Q = 49 80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) 102 1 MỞ ĐẦU Việt Nam đang trong tiến trình phát triển và ngày càng hội nhập sâu rộng vào kinh tế thế giới, nhiều ngành công nghiệp đang được đầu tư lớn, trong đó có ngành cơ khí chế tạo, điện lực, xi măng, sản xuất nguyên liệu giấy, công nghiệp ôtô xe máy…. - Để thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí, từ năm 2002, Chính phủ đã ban hành Quyết định 186/2002/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 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%. - Các chi tiết kim loại sản xuất bằng công nghệ dập tạo hình với hình dáng phức tạp, 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 nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm, tránh các khuyết tật 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 (DTT) 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. - Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình tạo hình, thông số công nghệ khi dập chi tiết dạng tấm có hình dạng phức tạp được khảo sát. - Luận án chủ yếu tập trung nghiên cứu quá trình hình thành chi tiết, các thông số ảnh hưởng tới mức độ biến dạng và khả năng biến dạng, sự biến mỏng. - Do đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng quá trình hình thành của chi tiết và dự đoán khả năng phá hủy được thảo luận. - Cuối cùng, quá trình hình thành và các giá trị thông số công nghệ tối ưu dựa trên mô phỏng số được thực hiện bằng thực nghiệm trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam. - Kết quả thu được cuối cùng đã được thực hiện khi tạo hình chi tiết có hình dạng chỏm cầu đường kính 50mm vật liệu đồng CDA260. - Những ảnh hưởng của các thông số quá trình trong tạo hình chi tiết được điều tra. - Với mục đích này, một mô hình thực nghiệm đầu tiên được nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ và trạng thái ứng suất - biến dạng. - Dựa trên những kết luận thu được từ kết quả phân tích, luận án này sẽ đề cập nghiên cứu xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của bộ thông số công nghệ hợp lý, phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, khả năng ứng dụng cao nhất vào sản xuất thực tế trong điều kiện của Việt Nam, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu làm việc của chi tiết có hình dạng phức tạp, là rất cấp thiết và có ý nghĩa khoa học. - Mục đích của đề tài Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) là một trong các phương pháp gia công áp lực tiên tiến sử dụng chất lỏng cao áp tác dụng trực tiếp vào phôi để tạo hình các chi tiết dạng tấm và ống. - Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh” được nghiên cứu trong khuôn khổ dập tạo hình thủy tĩnh chi tiết tấm đơn với mục đích làm chủ công nghệ tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT để chế tạo các chi tiết dạng tấm có dạng chỏm cầu trong công nghiệp sản xuất phụ tùng Ô tô, xe máy phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có ở Việt Nam, gồm. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết tấm. - Xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của thông số công nghệ chính: lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm. - Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến độ chính xác hình học của sản phẩm đáp ứng yêu cầu chế tạo các chi tiết trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy. - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: sản phẩm dạng cầu đường kính 50mm, vật liệu đồng CDA260 chế tạo bằng công nghệ dập thủy tĩnh nhằm xác định bộ thông số công nghệ hợp lý. - Lý do lựa chọn chi tiết chỏm cầu là do các nguyên nhân sau. - Với tất cả các chi tiết có hình dạng phức tạp, khi nghiên cứu thường đưa về các chi tiết phức tạp là tổng hợp của dạng cầu, đối xứng để nghiên cứu. - Với các chi tiết dạng cầu, khi tiến hành dập vuốt thì thời điểm ban đầu khi chày tiếp xúc cối là lúc chi tiết dễ bị nhăn nhất, việc khống chế và điều khiển lực chặn khi dập vuốt chi tiết cầu là khó khăn nhất so với các chi tiết khác, chính vì thế NCS lựa chọn nghiên cứu chi tiết dạng cầu, giải quyết được chi tiết dạng cầu thì sẽ giải quyết được các chi tiết khác. - Phạm vi nghiên cứu: ảnh hưởng và hàm quan hệ của 3 thông số công nghệ cơ bản bao gồm lực chặn, áp suất chất lỏng chất lỏng cần thiết, chiều cao tương đối sản phẩm (Hi/D)trong hai trường hợp có đối áp N = 0.4kN và không đối áp N = 0 kN. - Các nội dung nghiên cứu của Luận án được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu mô phỏng với thực nghiệm - Để thực hiện đề tài, một số phương pháp sau được sử dụng. - Sử dụng phương pháp mô phỏng số nhằm định lượng các thông số công nghệ, các kết quả mô phỏng sau đó làm cơ sở cho thiết lập các thông số khi thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tạo hình. - Sử dụng các thiết bị có sẵn phù hợp với điều kiện thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị phục vụ thực nghiệm đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy thu thập và xử lý các thông số công nghệ. - Thực nghiệm xác định các thông số công nghệ trong trường hợp không đối áp và có đối áp. - Kết quả được đánh giá trên cơ sở tạo hình các chi tiết đạt yêu cầu không bị nhăn, rách, biến mỏng và chất lượng bề mặt tốt. - So sánh đối chiếu trường hợp không đối áp và có đối áp. - Xử lý số liệu thí nghiệm, tính toán xây dựng mô hình toán học và đồ thị quan hệ giữa các thông số công nghệ. - Mối quan hệ của áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối 3 phụ thuộc vào lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm trong hai trường hợp có đối áp và không sử dụng đối áp. - Xây dựng đồ thị quan hệ giữa độ biến mỏng và các thông số công nghệ, xây dựng miền làm việc của chi tiết cầu đường kính 50 mm sử dụng công nghệ DTT. - Nghiên cứu hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về các công nghệ tạo hình kim loại bằng chất lỏng cao áp trong đó có công nghệ DTT, để xác định miền điều chỉnh của các thông số công nghệ chính làm cơ sở khoa học cho chế tạo các chi tiết tấm có hình dạng phức tạp bằng công nghệ DTT. - Xây dựng được mô hình toán học thực nghiệm phản ánh mối quan hệ giữa các thông số công nghệ chính tới khả năng tạo hình tương ứng từ đó lựa chọn miền điều chỉnh phù hợp, đảm bảo tạo hình chi tiết và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. - Kết hợp phương pháp nghiên cứu mô phỏng số với thực nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả nghiên cứu và tiết kiệm chi phí, qua đó góp phần vào sự phát triển của các phương pháp thiết kế và tối ưu quá trình nhờ công nghệ ảo. - Góp phần đào tạo nâng cao năng lực chuyên môn nghiệp vụ cho đội ngũ cán bộ KHCN thuộc lĩnh vực công nghệ tạo hình biến dạng vật liệu, nâng cao hiệu quả nghiên cứu ứng dụng các công nghệ tiên tiến của thế giới phù hợp với điều kiện Việt Nam mà chưa cần phải đầu tư thiết bị mới. - Luận án được tiến hành nghiên cứu sát với điều kiện thực tế ở Việt Nam nên rất thuận lợi trong triển khai ứng dụng công nghệ này vào sản xuất công nghiệp. - Các đóng góp mới của luận án 1) Xây dựng được bộ các thông số công nghệ có xem xét ảnh hưởng của độ biến mỏng khi tạo hình các chi tiết dạng tấm. - 2) Xác định được mức độ biến mỏng theo từng vị trí của chi tiết trong 2 trường hợp có và không có đối áp. - 3) Đưa ra mô hình toán học dạng hàm mục tiêu, hàm thông số công nghệ dạng 2D và 3D. - Các nội dung chính trong luận án Luận án ngoài các mục quy định và phần Mở đầu được trình bày trong 05 Chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ dập thủy tĩnh. - Chương 3: Các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số. - Kết luận quan trọng của luận án và những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo sẽ được trình bày trong kết luận chung và hướng phát triển của đề tài.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt