Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy cơ vật liệu tấm429

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG DẬP THỦY CƠ VẬT LIỆU TẤM Chuyên ngành: Công nghệ tạo hình vật liệu Mã số: 62.52.04.05 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2012 Cơng trình hồn thành tại: Viện Cơ Khí – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Nghệ PGS.TS Nguyễn Đắc Trung Phản biện 1: PGS.TS Hà Minh Hùng Phản biện 2: TS Đinh Văn Chiến Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Hữu Quyết Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp C1-P318 Vào hồi giờ, ngày 22 tháng 08 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc gia thư viện trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ [1] [2] [3] [4] [5] Nguyễn Đắc Trung, Lê Trung Kiên, Nguyễn Trung Kiên, Phạm Tiến Trung, Nguyễn Văn Thành, “Phương pháp nghiên cứu cơng nghệ dập tấm” Tạp chí khoa học công nghệ kim loại, số 23 - tháng 4/2009, trang 35 - 38 Nguyễn Văn Thành, Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn Thị Thu, “Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở chày cối công nghệ dập thuỷ cơ” Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ Cơ khí chế tạo Tồn quốc lần thứ 2, tháng 11/2009, trang 385 - 387 Nguyễn Văn Thành, “Các ứng dụng hướng nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ” Tạp chí khoa học cơng nghệ, số – 2010, trang 73 - 75 Lê Trọng Tấn, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Văn Thành, “Nghiên cứu độ bền tới hạn dập tấm” Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 10 Thái Nguyên, 12 – 13/11/2010 ISBN 978 – 604 – 915 – 000 – 5, trang 657 - 664 Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Thị Thu, “Ảnh hưởng số thông số công nghệ tới chất lượng chi tiết cốc trụ dập thủy cơ” Tạp chí khoa học công nghệ, số – 2011, trang 19 25 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Mở đầu i Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài *) Mục đích đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến khả tạo hình sản phẩm; - Xác định miền làm việc DTC, thể quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối phụ thuộc khe hở chày – cối; - Xác định ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ xác hình học sản phẩm *) Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: sản phẩm dạng cốc trụ, vật liệu thép bon thấp sử dụng cho dập vuốt - Phạm vi nghiên cứu: ảnh hưởng thông số công nghệ lực chặn, áp suất chất lỏng công tác lòng cối khe hở chày - cối ii Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích tài liệu, kết nghiên cứu nước; - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp kinh nghiệm chun gia dập tạo hình vật liệu cơng nghệ dập truyền thống; - Sử dụng phương pháp nghiên cứu đại: mô số kết hợp với thực nghiệm khoa học; - Sử dụng thiết bị đo phần mềm đại có Việt Nam để đo xử lý số liệu iii Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn - Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ bản: lực chặn, áp suất chất lỏng lòng cối khe hở chày - cối, xác định miền làm việc ảnh hưởng thơng số đến độ xác hình học sản phẩm, xây dựng quan hệ thơng số mơ hình tốn Qua góp phần vào phát triển hệ thống kiến thức tảng phương pháp DTC ứng dụng kết vào sản xuất công nghiệp - Kết hợp phương pháp nghiên cứu mô số với thực nghiệm nhằm nâng cao hiệu nghiên cứu tiết kiệm chi phí, qua góp phần vào phát triển phương pháp thiết kế tối ưu q trình nhờ cơng nghệ ảo - Xây dựng hệ thống thực nghiệm phù hợp với thực tế có ý nghĩa quan trọng việc phát triển hệ thống thiết bị nghiên cứu, đo đạc đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ - Kết Luận án phục vụ cho sản xuất DTC chi tiết từ vật liệu tấm, làm sở cho nghiên cứu cho đào tạo chuyên ngành gia công áp lực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẬP THỦY CƠ 1.1 Những nét DTC DTC phương pháp tạo hình vật liệu nhờ nguồn chất lỏng cao áp kết hợp với lực nén chày Chất lỏng cao áp tạo thành trình làm việc, chày chuyển động nén chất lỏng lòng cối Sơ đồ bước DTC thể hình 1.1 P P P Q Q Q Q Q Q Hình 1.1 Sơ đồ bước DTC Về bản, phương pháp DTC phát triển từ phương pháp dập vuốt truyền thống với việc sử dụng thêm đối áp lòng cối So với dập vuốt truyền thống, DTC có nhiều ưu điểm trội, phải kể đến là: giảm hệ số dập vuốt, nâng cao chất lượng sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm khn tạo hình DTC ứng dụng để gia cơng sản phẩm lớn, có hình dạng phức tạp, sản phẩm nhiều lớp, vật liệu có tính biến dạng 1.2 Các nghiên cứu DTC 1.2.1 Trên giới Nghiên cứu DTC năm 60 kỉ 20 đến năm 80 bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghiệp chế tạo máy Tại nước phát triển Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Nga, Pháp,… công nghệ DTC ứng dụng nhiều công nghiệp ô tô, hàng không, đồ gia dụng Nhiều phát minh báo khoa học công bố Các hướng nghiên cứu nhiều nhà kỹ thuật giới quan tâm: - Về công nghệ: nghiên cứu phát triển sơ đồ công nghệ, nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tới q trình tạo hình vật liệu, tới chất lượng sản phẩm ảnh hưởng tương tác thông số với q trình DTC Các thơng số cơng nghệ quan tâm xem xét bao gồm: áp suất chất lỏng lòng cối, lực chặn, biến dạng ban đầu (làm phồng phơi trước chày tạo hình xuống), mức độ biến dạng liên quan tới hệ số dập vuốt, kích thước hình học chày, cối, chiều dày phơi, - Về thiết bị: nghiên cứu tối ưu hệ thống khuôn, chặn, thiết bị hỗ trợ nhằm đáp ứng khả công nghệ cách tốt Nghiên cứu tối ưu thơng số bán kính góc lượn, độ nhám bề mặt khuôn, nghiên cứu ứng dụng chặn với khe hở không đổi chặn phôi, ứng dụng sơ đồ chặn theo tọa độ điểm, nghiên cứu ứng dụng khuôn tổ hợp Các nghiên cứu ứng dụng thiết bị hỗ trợ với mục đích tạo đồng bộ, linh hoạt điều khiển hệ thống công nghệ: điều khiển lực chặn, điều khiển áp suất chất lỏng lòng cối, điều khiển lực chày,… - Về vật liệu: nghiên cứu tập trung chủ yếu vào vật liệu mỏng có chiều dày từ 0.2 đến 2.5 mm từ thép bon thấp, thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim đồng, hợp kim ma giê Nghiên cứu ảnh hưởng tính dị hướng, hệ số biến cứng vật liệu tới trình tạo hình sản phẩm Một số nghiên cứu đàn hồi ngược, ma sát, DTC nhiều lớp, nghiên cứu chế tạo sản phẩm đặc thù công nghệ DTC 1.2.2 Trong nước Một số nghiên cứu khảo sát công nghệ DTC đề cập đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước, cấp Bộ Thành phố: Đề tài B2005-28-162 (2005), Đề tài KC.05.19 (2005), Đề tài KC.05.23 (2006), Đề tài 01C-01/07-2008-2 (2008) Mặc dù tiếp cận 10 năm việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ DTC Việt Nam hạn chế, nghiên cứu mang tính khảo sát, tìm hiểu cơng nghệ, chưa có ứng dụng vào sản xuất cơng nghiệp CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY CƠ 2.1 Trạng thái ứng suất, biến dạng DTC σρ σθ ερ σρ εΖ σΖ ερ εθ εθ εΖ ερ σρ εΖ σΖ σθ ερ σΖ σθ εΖ σΖ εΖ σρ εθ σρ σΖ εθ ερ σθ Hình 2.3 Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng DTC - Khác với dập vuốt truyền thống, DTC có áp suất chất lỏng lịng cối tác dụng vào bề mặt phơi, điều làm thay đổi sơ đồ ứng suất, biến dạng vật liệu - Khe hở chày – cối lớn chiều dày vật liệu nên phôi không bị vuốt qua góc lượn cối mà tác dụng áp suất thủy tĩnh phôi bị kéo căng, phồng lên khoảng không gian chày cối 2 Ma sát ướt DTC Khi DTC, chất lỏng bị nén, nên có trào chất lỏng qua bề mặt tiếp xúc phôi vành cối tạo q trình bơi trơn thủy động Xác định độ dày tối ưu lớp bôi trơn tạo điều kiện thuận lợi cho phần vành phôi dễ dàng kéo vào lịng cối 2.3 Mơ hình vật liệu sử dụng DTC Vật liệu sử dụng DTC thường cán có tính dị hướng Để tính tốn xác phân bố ứng suất, biến dạng xuất vật liệu DTC cần thiết phải xây dựng mơ hình ứng xử học vật liệu cách gần với thực tế Trong nghiên cứu, sử dụng mơ hình vật liệu dị hướng thơng số Barlat cho tính tốn mơ 2.4 Áp suất chất lỏng, lực dập lực chặn DTC Một số công thức kinh điển dùng để tham khảo, tính tốn sơ phục vụ cho tính tốn mô thực nghiệm: - Áp suất chất lỏng ban đầu: p0 = a ch 1,15.σ b s − ( ) µ.H T − ψ p a ch + 0,5 - Áp suất chất lỏng tối đa để tạo hình: Kσ σ b ( Rch + s )s rM ( Rch + s + 0,5 rM ) 0,5 - Lực chặn: qch = 0,025.[( −1) + ].σ b m s 2 Q = π [Rph − (Rc + rc ) ].qch pmax = - Lực dập: P d = P bd + P da s s Pbd = 2π Rch + sσ b Kp ; Pda = π Rch + 2 pmax 2.5 Tiêu chí đánh giá sản phẩm dập Chất lượng sản phẩm dập đánh giá nhiều tiêu chí khác Luận án đề cập tới tiêu chí đặc trưng là: nhăn, rách đàn hồi ngược Sử dụng giản đồ biến dạng tới hạn FLD làm cơng cụ phân tích trạng thái biến dạng Biến dạng lớn ε Biến dạng nhỏ ε2 Hình 2.9 Phân vùng trạng thái biến dạng CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 3.1 Mô số gia công áp lực Mơ số cơng cụ hữu ích hỗ trợ cho trình thiết kế, làm giảm thời gian chi phí Có nhiều phần mềm mơ sử dụng hiệu nhiều trường đại học, viện nghiên cứu doanh nghiệp Trong khuôn khổ nghiên cứu, tác giả sử dụng phần mềm Dynaform làm công cụ tính tốn mơ 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ q trình DTC mơ số 3.2.1 Thiết lập mơ hình mơ Sản phẩm dạng cốc trụ, vật liệu thép bon thấp dùng cho dập vuốt có chiều dày s = 0.6 mm, hình dạng kích thước hình 3.3 Hình 3.3 Mơ hình sản phẩm Từ mơ hình sản phẩm, thiết lập mơ hình hình học, mơ hình chia lưới PTHH; thiết lập mơ hình vật liệu; thiết lập điều kiện biên; chạy chương trình mơ phỏng; xuất kết phân tích đánh giá cơng nghệ 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ 3.2.2.1 Ảnh hưởng lực chặn * Điều kiện khảo sát: - s = 0.6 mm - pc = 85 bar - Z = 2.4 mm (Z = 4s) - p0 = 25 bar Trên sở lý thuyết, kinh nghiệm mô chuyên gia, tiến hành loạt mơ máy tính theo phương pháp tiếp cận Ơle, với giá trị lực chặn khác Các phân tích đánh giá kết dựa giản đồ FLD hình ảnh từ mơ Khi lực chặn nhỏ, Q = 80 kN, áp lực chặn không đủ để hạn chế biến dày ứng suất tiếp gây làm vành phôi bị nhăn Tăng dần lực chặn, biến dày giảm Khi Q = 140 kN, vành hết nhăn Trong khoảng Q = 140 - 230 kN, sản phẩm đạt yêu cầu Khi Q vượt 230 kN, vật liệu bị biến mỏng mức cho phép, sản phẩm bị rách Hình 3.8 Sản phẩm mơ với Q = 80 kN Hình 3.12 Sản phẩm mơ với Q = 160 kN Hình 3.15 Sản phẩm mơ với Q = 260 kN Bảng 3.1 Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng TT s (mm) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Z (mm) 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 p (bar) 25 25 25 25 25 25 pc (bar) 85 85 85 85 85 85 Q (kN) 140 160 180 200 220 230 * Nhận xét: - Miền làm việc lực chặn 140 – 230 kN Sản phẩm có chất lượng tốt Q = 160 kN - Khi lực chặn tăng, biến dày giảm đi, biến mỏng tăng lên Lực chặn nhỏ 140 kN, sản phẩm bị nhăn; lực chặn lớn 230 kN, sản phẩm biến mỏng mức, rách xuất 10 0.6 1.8 25 160 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 115 0.6 2.1 25 160 40, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 110 0.6 2.4 25 160 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 110 0.6 2.6 25 160 50, 60, 70, 80, 90, 100, 105 0.6 2.8 25 160 55, 65, 75, 85,, 95, 105 0.6 3.0 25 160 70, 75, 85, 95, 100,105 * Nhận xét: - Khe hở chày - cối tối đa Z = 3.0 mm (Z = 5s) - Với khe hở Z khác nhau, miền làm việc áp suất chất lỏng, áp suất tối thiểu, áp suất tối đa để tạo hình khác - Khe hở Z có tác động tương hỗ tới áp suất chất lỏng lòng cối 3.2.2.4 Xác định miền làm việc áp suất chất lỏng lòng cối phụ thuộc khe hở Z (miền làm việc DTC) Từ bảng số liệu 3.3, xây dựng mơ hình tốn thể quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z Sử dụng phương pháp quy hoạch cực tiểu bình phương sai số, lập trình phần mềm Mapple 14, xây dựng quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z, với Q = 160 kN, thu hàm quan hệ đồ thị quan hệ * Hàm quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z: - p max = 113.868861261 + 4.156219856Z – 2.550676336Z - pmin = 21.386271703 – 5.577209657Z + 6.735401118Z Sai số trung bình kết mơ kết tính tốn từ hàm nội suy là: ∆p max ≈ 1.02%, ∆ p ≈ 5.17% * Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lịng cối khe hở Z (hình 3.27) * Nhận xét: - Lựa chọn thông số công nghệ nằm miền làm việc DTC cho sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng Chọn thông số nằm bên bên miền làm việc DTC, sản phẩm không đạt yêu cầu chất lượng, bị nhăn (miền nhăn) bị phồng, rách (miền rách) - Khi khe hở Z tăng, pmin tăng p max giảm, kết miền làm việc DTC bị thu hẹp nhanh, miền nhăn – rách sản phẩm tăng lên - Khi tăng khe hở Z, giá trị pmin thay đổi nhiều so với pmax, cho thấy khe hở Z có ảnh hưởng nhạy cảm tới áp suất tối thiểu lòng cối 11 Miền rách Đường áp suất tối đa Miền làm việc DTC Đường áp suất tối thiểu Miền nhăn Hình 3.27 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z (mô phỏng) CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 4.1 Máy ép thủy lực: lực ép 200 tấn, hành trình 710 mm, kích thước bàn máy: 800 x 800 4.2 Khn: 4.2.1 Chày: gồm có giá chày chày có đường kính khác tương ứng với khe hở Z Độ côn chày 0.01:250 4.2.2 Cối: gồm có miệng cối thân chứa dầu Cối có khả chịu 12 áp suất chất lỏng lên tới 280 bar 4.3 Hệ thống chặn thủy lực vạn năng: thiết kế độc lập với máy ép Với áp suất dầu 200 bar, lực chặn lên tới 400 kN 4.4 Hệ thống cấp chất lỏng cao áp: cung cấp dầu cho xi lanh chặn cối thủy Hệ thống lắp van tràn để điều khiển áp suất chất lỏng lòng cối xi lanh chặn thủy lực 4.5 Hệ thống đo áp suất – hành trình: thiết bị đo áp suất - hành trình kết nối với máy tính với phần mềm đo lường Dasy Lab 7.0 để đo lưu giữ kết Hệ thống kiểm chuẩn Viện đo lường Việt Nam đạt độ không đảm bảo đo: U = 0.3 x 10-2 với xác suất tin cậy p = 95%, hệ số phủ k = 4.6 Thiết bị đo lường: sử dụng máy đo chiều QMM-333, hãng Mitutoyo-Nhật Bản Hình 4.27 Máy đo 3D QMM-333, Hãng Mitutoyo-Nhật Bản CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tới q trình tạo hình chi tiết cốc trụ Sử dụng phơi ban đầu có D = 400 mm, vật liệu thép C08 5.1.1 Ảnh hưởng lực chặn Dựa kết có mơ phỏng, tiến hành thực nghiệm với điều kiện sau: - Z = 2.4 mm - p0 = 25 bar - pc = 85 bar Thay đổi giá trị lực chặn Q (bằng cách thay đổi áp suất xi lanh chặn - p xl), tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá kết Khi lực chặn thấp (pxl = 25 bar), vành sản phẩm bị nhăn sóng lớn Khi tăng pxl, nhăn vành giảm Với pxl = 75 – 121 bar, sản phẩm đạt yêu cầu Khi pxl > 121 bar, lực chặn lớn làm kim loại 13 khó kéo vào lịng cối gây biến mỏng nhiều, kết làm phồng, rách sn phm tr ờng ĐH Bách khoa HN Bộ môn gia công áp lực ch ơng trình đo áp suất - hành trình máy gia công áp lực áp suất-hành trình k1 bar áp suất-hành trình k2 bar 200 200 180 180 160 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 T 0 25 50 75 100 125 150 AS-HT K1 25 50 75 100 125 150 AS-HT K2 Hình 5.1 Sản phẩm dập với áp suất p tr êng ĐH Bách k hoa HN Bộ môn gia công áp lực = 25 bar máy gia c ông áp lực áp suất-hành trình k1 bar xl ch ơng t rình đo áp suất - h ành tr ình áp suất-hành tr×nh k2 bar 200 200 180 180 160 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 T 0 25 50 75 100 125 150 AS-HT K1 25 50 75 100 125 150 AS-HT K2 Hình 5.4 Sản phẩt dập với áp suất p xl = 83 bar tr êng §H Bách khoa HN Bộ môn gia công áp lực ch ơng trình đo áp suất - hành trình máy gia công áp lực áp suất-hành trình k1 bar áp suất-hành tr×nh k2 bar 200 200 180 180 160 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 Phồng T 0 25 50 75 100 125 150 bar AS-HT K1 25 AS-HT K2 50 75 100 125 150 bar Hình 5.6 Sản phẩm dập với áp suất p xl = 126 bar Bảng 5.2 Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng TT s (mm) 0.6 0.6 0.6 0.6 Z (mm) 2.4 2.4 2.4 2.4 p0 (bar) 25 25 25 25 pc (bar) 85 85 85 85 p xl (bar) 75 83 95 104 Q (kN) 151 167 191 209 14 0.6 0.6 2.4 2.4 25 25 85 85 117 121 235 243 * Nhận xét: - Miền làm việc lực chặn thực nghiệm 151 – 243 kN - Với giá trị Q < 151 kN, sản phẩm bị nhăn; Q > 243 kN, sản phẩm bị biến mỏng nhiều, phồng miệng, rách Kết thực nghiệm hoàn toàn tương đồng với mô 5.1.2 Ảnh hưởng áp suất chất lỏng lòng cối Điều kiện khảo sát: - Khe hở Z = 2.4 mm - p0 = 25 bar - Q = 160 kN (pxl = 80 bar) Thay đổi giá trị áp suất chất lỏng lòng cối, tiến hành dập, phân tích đánh giá kết Khi áp suất chất lỏng pc nhỏ, xuất vết nhăn thân sản phẩm Tăng p c, nhăn giảm Với pc = 45 – 116 bar, sản phẩm đạt yêu cầu Khi pc > 116 bar, sản phẩm bị phồng, rách Bảng 5.3 Giá trị áp suất chất lỏng lòng cối ứng với sản phẩm đạt chất lượng TT s (mm) Z (mm) p0 (bar) Q (kN) pc (bar) 0.6 2.4 25 160 45 0.6 2.4 25 160 56 0.6 2.4 25 160 65 0.6 2.4 25 160 75 0.6 2.4 25 160 86 0.6 2.4 25 160 96 0.6 2.4 25 160 104 0.6 2.4 25 160 116 * Nhận xét: - Miền làm việc áp suất chất lỏng lòng cối: pc = 45 – 116 bar - Khi áp suất chất lỏng lòng cối nhỏ 45 bar, sản phẩm bị nhăn; áp suất vượt 116 bar, sản phẩm bị phồng, rách - Quy luật tác động áp suất chất lỏng hoàn toàn tương đồng với mô 5.1.3 Ảnh hưởng khe hở Z * Điều kiện khảo sát: - Q = 160 kN - p0 = 25 bar 15 Với khe hở Z, thay đổi áp suất chất lỏng lịng cối Tiến hành dập, phân tích đánh giá kết Khi khe hở Z = 1.2 mm, khả tạo hình chi tiết dễ dàng Tăng khe hở Z, việc tạo hình khó Để sản phẩm dập đạt yêu cầu, áp suất tối thiểu phải tăng lên áp suất tối đa giảm xuống Khi Z = 3.4 mm, cho dù điều chỉnh pc không dập sản phẩm đạt yêu cầu Bảng 5.4 Giá trị áp suất chất lỏng lòng cối ứng với khe hở Z dập sản phẩm đạt yêu cầu s p0 Q Z TT pc (bar) (mm) (bar) (kN) (mm) 25, 33, 44, 57, 65, 76, 87, 97, 105, 0.6 25 160 1.2 116, 119 0.6 25 160 1.8 36, 45, 54, 65, 76, 87, 97, 105, 116 0.6 25 160 2.4 45, 56, 65, 75, 86, 96, 104, 116 0.6 25 160 2.8 62, 77, 85, 94, 103, 116 0.6 25 160 3.0 70, 75, 86, 97, 105, 114 0.6 25 160 3.2 90, 97, 105, 110 * Nhận xét: - Khe hở Z tối đa 3.2 mm (Z ≈ 5.3 s) - Thay đổi khe hở Z, miền làm việc áp suất chất lỏng lòng cối thay đổi Khi Z tăng, miền làm việc áp suất chất lỏng lịng cối hẹp Giống mơ phỏng, ảnh hưởng khe hở Z lớn trình tạo hình sản phẩm Khi khe hở Z vượt giá trị cho phép, thay đổi suất chất lỏng lịng cối khơng thể tạo hình sản phẩm đạt yêu cầu 5.1.4 Xác định miền làm việc áp suất chất lỏng lòng cối phụ thuộc khe hở Z (miền làm việc DTC thực nghiệm) Từ bảng số liệu 5.4, sử dụng phương pháp qui hoạch cực tiểu bình phương sai số, lập trình phần mềm Maple 14, xây dựng quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối với khe hở Z thu hàm quan hệ đồ thị quan hệ: * Hàm quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z: - pmax = 115.3400369 + 4.504528682Z – 1.756541429Z - pmin = 53.556826568 - 41.389466622Z + 16.062562898Z Sai số trung bình kết thực nghiệm kết tính tốn 16 từ hàm nội suy: ∆ p max ≈ 1.04%; ∆p ≈ 6.45% * Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z: Miền rách Đường áp suất tối đa Miền làm việc DTC Đường áp suất tối thiểu Miền nhăn Hình 5.19 Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z (thực nghiệm) So sánh kết miền làm việc DTC xác định dựa thực nghiệm với kết dựa mơ hình 5.20 Kết mơ Kết thực nghiệm Hình 5.20 Miền làm việcD TC thực nghiệm mô Kết đồ thị hình 5.20 cho thấy: Quy luật biến đổi áp suất chất lỏng lòng cối theo khe hở Z mơ thực nghiệm hồn tồn Hai miền làm việc tương đồng cao hình dạng, phản ánh quy luật tác động đồng thời thơng số áp suất chất lỏng lịng cối khe hở Z 17 trình tạo hình sản phẩm Về giá trị, có sai lệch kết khe hở Z áp suất chất lỏng lịng cối mơ thực nghiệm khơng nhiều (∆Z ≈ 6.67%, ∆p ≈ 4.24%) 5.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ tới độ côn sản phẩm Để nghiên cứu ảnh hưởng Q, p c Z tới độ côn sản phẩm, tiến hành khảo sát sản phẩm miền làm việc Các sản phẩm đảm bảo chất lượng: không nhăn, không rách 5.2.1 Ảnh hưởng lực chặn Bảng 5.5 Độ côn sản phẩm ứng với giá trị lực chặn ∆R Z pc Q Độ côn TT Tên mẫu (mm) (bar) (kN) (mm) α (%) T2 2.4 85 151 0.2087 0.35 T1 2.4 85 167 0.2068 0.34 T7 2.4 85 191 0.1880 0.31 T8 2.4 85 209 0.1780 0.30 T9 2.4 85 235 0.1655 0.28 T11 2.4 85 243 0.1650 0.27 * Hàm quan hệ độ côn sản phẩm với lực chặn: α = 0.528275237 – 0.00135894Q + 0.000001247Q Sai số trung bình kết thực nghiệm kết tính tốn từ hàm nội suy: ∆α ≈ 0.8 % * Đồ thị quan hệ độ côn sản phẩm với lực chặn: Hình 5.23 Đồ thị quan hệ độ lực chặn * Nhận xét: 18 - Độ côn sản phẩm tỷ lệ nghịch với lực chặn theo quan hệ hàm bậc - Trong miền khảo sát, thay đổi độ sản phẩm gần tuyến tính theo lực chặn 5.2.2 Ảnh hưởng áp suất chất lỏng lịng cối Kết độ sản phẩm theo áp suất chất lỏng lòng cối ứng với khe hở Z khác cho bảng 5.6 Bảng 5.6 Độ sản phẩm theo áp suất chất lỏng lịng cối ứng với khe hở Z khác Tên Z Q pc ∆R Độ côn TT mẫu (mm) (kN) (bar) (mm) α (%) C12 1.2 160 25 0.159 0.26 C13 1.2 160 33 0.144 0.24 C114 1.2 160 44 0.140 0.23 C14 1.2 160 57 0.124 0.21 C15 1.2 160 65 0.121 0.20 C112 1.2 160 76 0.114 0.19 C16 1.2 160 87 0.115 0.19 C17 1.2 160 97 0.107 0.18 C110 1.2 160 105 0.107 0.18 10 C18 1.2 160 116 0.104 0.17 11 C117 1.2 160 119 0.100 0.17 12 C22 1.8 160 36 0.231 0.39 13 C23 1.8 160 45 0.201 0.34 14 C210 1.8 160 54 0.181 0.30 15 C24 1.8 160 65 0.151 0.25 16 C29 1.8 160 76 0.146 0.24 17 C25 1.8 160 87 0.138 0.23 18 C26 1.8 160 97 0.131 0.22 19 C211 1.8 160 105 0.122 0.20 20 C27 1.8 160 114 0.106 0.18 21 C312 2.4 160 45 0.373 0.62 22 C33 2.4 160 56 0.344 0.57 23 C310 2.4 160 65 0.274 0.46 24 C34 2.4 160 75 0.221 0.37 25 C35 2.4 160 86 0.211 0.35 19 26 C39 2.4 160 96 0.186 0.31 27 C36 2.4 160 104 0.173 0.29 28 C37 2.4 160 116 0.162 0.27 29 C43 2.8 160 62 0.333 0.55 30 C44 2.8 160 77 0.254 0.42 31 C45 2.8 160 85 0.222 0.37 32 C410 2.8 160 94 0.198 0.33 33 C46 2.8 160 103 0.192 0.32 34 C47 2.8 160 116 0.181 0.30 35 C54 3.0 160 70 0.310 0.52 36 C511 3.0 160 75 0.270 0.45 37 C55 3.0 160 86 0.231 0.38 38 C510 3.0 160 97 0.211 0.35 39 C56 3.0 160 105 0.191 0.32 40 C59 3.0 160 114 0.179 0.30 41 C63 3.2 160 90 0.260 0.43 42 C68 3.2 160 97 0.229 0.38 43 C64 3.2 160 105 0.209 0.35 44 C67 3.2 160 110 0.198 0.33 * Hàm quan hệ độ côn sản phẩm với áp suất chất lỏng lòng cối theo khe hở Z khác nhau: - α1 = 0.3030945 – 0.002064893p c + 0.0000081 pc2 (Z = 1.2) - α2 = 0.58711707 – 0.006795805p c + 0.000029357 pc2 (Z = 1.8) - α3 = 1.219046545 – 0.016019827p c + 0.000067777 pc (Z = 2.4) - α4 = 1.546339633 – 0.02229205p c + 0.000099858 pc2 (Z = 2.8) - α5 = 1.621064722 – 0.022887989p c + 0.000099576 pc2 (Z = 3.0) - α6 = 2.154009544 – 0.030873119p c + 0.000130062 pc2 (Z = 3.2) * Đồ thị quan hệ độ sản phẩm với áp suất chất lỏng lịng cối theo khe hở Z (hình 5.25) * Nhận xét: - Với khe hở Z, tăng áp suất chất lỏng lịng cối độ sản phẩm giảm - Khi giảm áp suất chất lỏng lòng cối, khe hở Z có giá trị lớn, độ côn sản phẩm tăng nhiều 20 - Cùng áp suất chất lỏng lòng cối, tăng khe hở Z độ sản phẩm tăng Hình 5.25 Đồ thị quan hệ độ áp suất chất lỏng lòng cối theo khe hở Z 5.2.3 Ảnh hưởng khe hở Z Từ bảng số liệu 5.6, xây dựng quan hệ độ côn sản phẩm với khe hở Z theo áp suất chất lỏng lòng cối * Hàm quan hệ độ côn sản phẩm với khe hở Z theo áp suất chất lỏng lòng cối: - α1 = 0.076414407 + 0.064187913Z + 0.020858627Z (pc = 76) (p c = 87) - α2 = 0.05497786 + 0.102282791Z + 0.003924857Z 2 - α = 0.069402214 + 0.08436263Z + 0.003698423Z (p c = 96) (pc = 106) - α4 = 0.089900369 + 0.061408923Z + 0.006298222Z - α = 0.114698503 + 0.02223796Z + 0.014569Z (p c = 115) * Đồ thị quan hệ độ côn sản phẩm với khe hở Z theo áp suất chất lỏng lịng cối (hình 5.26) * Nhận xét: - Với áp suất chất lỏng lòng cối, tăng khe hở Z, độ côn sản phẩm tăng - Khi tăng khe hở Z, áp suất chất lỏng lịng cối có giá trị thấp, độ côn sản phẩm tăng nhiều - Trong miền khảo sát, thay đổi độ côn sản phẩm gần tuyến tính theo khe hở Z - Trên đồ thị hình 5.26 cho thấy, với khe hở Z, tăng áp suất chất lỏng lòng cối độ sản phẩm giảm 21 Hình 5.26 Đồ thị quan hệ độ khe hở Z theo áp suất chất lỏng lòng cối 5.2.4 Ảnh hưởng tổng hợp áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z Từ bảng số liệu 5.6, xây dựng quan hệ đồng thời thông số: độ cơn, áp suất chất lỏng lịng cối khe hở Z: * Hàm quan hệ độ côn sản phẩm với áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z: α = - 0.098237935 + 0.403367846Z – 0.001506343p c – 0.003225005Zpc + 0.004965633Z + 0.000030957 pc Sai số trung bình kết thực nghiệm tính toán từ hàm nội suy ∆α ≈ 6.95% Từ biểu thức tốn học trên, tính tốn xác định áp suất chất lỏng lòng cối theo khe hở Z để đạt giá trị độ côn theo mong muốn * Đồ thị quan hệ độ côn sản phẩm với áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z (hình 5.27) Từ đồ thị 3D hình 5.27, xây dựng b ình đồ phân bố độ theo áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z hình 5.28 Nhờ bình đồ ta nhanh chóng xác định miền thông số công nghệ: khe hở Z áp suất chất lỏng lòng cối phù hợp để nhận sản phẩm có độ theo u cầu 22 Hình 5.27 Đồ thị 3D quan hệ độ với áp suất chất lỏng lịng cối khe hở Z Hình 5.28 Bình đồ phân bố độ theo áp suất chất lỏng lòng cối khe hở Z KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận chung Nội dung Luận án thực theo mục tiêu đặt Các kết sau: 23 Đã nghiên cứu tổng quan DTC, công nghệ đại nghiên cứu ứng dụng dập tạo hình chi tiết từ vật liệu Nhờ có nhiều ưu điểm, nên DTC ứng dụng hiệu dập chi tiết làm vật liệu khó biến dạng, có hình dáng phức tạp Do xuất áp suất chất lỏng nên phơi q trình biến dạng ln có xu hướng áp sát vào bề mặt chày có hình dáng kích thước chi tiết Vật liệu chịu ứng suất nén theo phương chiều dày, làm thay đổi trạng thái biến dạng, kết làm tăng khả biến dạng vật liệu Thơng qua phân tích kết nghiên cứu, nhận thấy, có nhiều thơng số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm DTC vật liệu tấm, thơng số bản, có tính chất định đến q trình cơng nghệ DTC lực chặn, áp suất chất lỏng lòng cối khe hở chày - cối Đã nghiên cứu kiến thức liên quan như: trạng thái ứng suất, biến dạng, mơ hình vật liệu DTC, thơng số cơng nghệ lực chặn, áp suất chất lỏng lòng cối,… Nhờ có phồng phơi, nhờ có bơi trơn thủy động tách phôi khỏi bề mặt mép cối, làm giảm ma sát phôi cối, tăng khả biến dạng Nhưng áp suất chất lỏng lớn gây tượng phồng lớn, ứng suất kéo bề mặt phần phồng tác động hình thành vết nứt, từ gây phá hủy vật liệu Ngược lại, áp suất chất lỏng thấp không đủ áp lực ép phôi sát với bề mặt chày gây tượng nhăn Cần xác định miền áp suất làm việc, tránh gây nhăn, rách Áp suất có liên quan chặt chẽ tới khe hở chày - cối Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết - mô thực nghiệm Điều kiện ban đầu sản phẩm dạng cốc trụ, chọn vật liệu thép thông dụng cho dập vuốt, với chiều dày định Thiết bị thí nghiệm tác giả thiết kế chế tạo, hệ thống thủy lực có điều khiển áp suất hệ thống đo có xử lý kết phần mềm Dasy Lab 7.0 Sử dụng phần mềm Maple 14 để xử lý số liệu, từ đưa quan hệ tốn học thông số công nghệ, thông số cơng nghệ với độ sản phẩm Ngồi ra, để phục vụ đưa quan hệ thông số, tác giả kết hợp trợ giúp phần mềm mơ số Dựa tính tốn mô phỏng, đưa ảnh hưởng thơng số cơng nghệ, từ xác định miền làm việc DTC thể quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối phụ thuộc khe hở Z: 24 - p max = 113.868861261 + 4.156219856Z – 2.550676336Z - p = 21.386271703 – 5.577209657Z + 6.735401118Z Đã nghiên cứu thực nghiệm với vật liệu thép C08, dày 0.6 mm, áp suất chất lỏng ban đầu 25 bar với điều kiện đường kính phơi ban đầu 400mm, đường kính chày thay đổi từ 212.4 mm đến 208 mm, tương ứng khe hở chày – cối thay đổi từ 1.2 đến 3.4 mm Xác định miền làm việc áp suất chất lỏng biến đổi phạm vi 45 đến 116 bar, lực chặn phôi từ 151 đến 243 kN khe hở chày cối tối đa 3.2 mm (Z ≈ 5.3s) Kết thực nghiệm xác định miền làm việc DTC, thể quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối phụ thuộc khe hở Z: - pmax = 115.3400369 + 4.504528682Z – 1.756541429Z - pmin = 53.556826568 - 41.389466622Z + 16.062562898Z Các kết nghiên cứu thực nghiệm mô cho quy luật Nghiên cứu tác động lực chặn, áp suất chất lỏng lòng cối khe hở chày – cối tới độ xác hình học thơng qua độ côn sản phẩm đàn hồi ngược gây ra, biểu diễn biểu thức đây: - α = 0.528275237 – 0.00135894Q + 0.000001247Q - α = - 0.098237935 + 0.403367846Z – 0.001506343p c – 0.003225005Zpc + 0.004965633Z2 + 0.000030957 pc2 Nhờ mối quan hệ toán học trên, nhanh chóng xác định miền thơng số công nghệ phù hợp để dập sản phẩm đạt độ côn theo yêu cầu Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết - mô thực nghiệm bảo đảm độ xác cho kết luận Luận án Kết Luận án sử dụng phục vụ sản xuất DTC vật liệu tấm, làm sở cho nghiên cứu phục vụ đào tạo chuyên ngành gia công áp lực Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp: Mở rộng tốn tối ưu, chọn thơng số cơng nghệ cho vật liệu khác nhau, chiều dày khác nhau; Nghiên cứu sâu chất ảnh hưởng đàn hồi lại trình tạo hình thủy sản phẩm phức tạp Khái quát hóa miền làm việc DTC sản phẩm có hình dạng phức tạp dựa kết nghiên cứu sản phẩm cốc trụ điển hình ... sơ đồ công nghệ, nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới trình tạo hình vật liệu, tới chất lượng sản phẩm ảnh hưởng tương tác thơng số với q trình DTC Các thông số công nghệ quan tâm xem... vi nghiên cứu: ảnh hưởng thông số công nghệ lực chặn, áp suất chất lỏng công tác lòng cối khe hở chày - cối ii Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích tài liệu, kết nghiên cứu nước; - Nghiên. .. giê Nghiên cứu ảnh hưởng tính dị hướng, hệ số biến cứng vật liệu tới trình tạo hình sản phẩm Một số nghiên cứu đàn hồi ngược, ma sát, DTC nhiều lớp, nghiên cứu chế tạo sản phẩm đặc thù công nghệ