Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và nhiệt độ đến biến dạng tạo hình khi dập vuốt chi tiết dạng cốc từ vật liệu SPCC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hưng Yên 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC Chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí Mã số 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ TH.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hưng Yên - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hưng Yên - 2022 LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới GS TSKH NGND , người Thầy tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Tôi xin chân thành cám ơn Công ty TNHH Cơ khí Ơ tơ Đứ c Hịa tạ o m ọi điề u kiệ n thuậ n l ợi giúp đỡ tơi hồn thành th ự c nghi ệ m lu ậ n án Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ mơn Tự động hóa thiết kế cơng nghệ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên tạo điều kiện giúp đỡ hồn thành luận án Cuối tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến tất đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân ln bên động viên khích lệ mong muốn tơi hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh (đã ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác TM TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH (đã ký) (đã ký) ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2 Mục đích nghiên cứu 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Những đóng góp đề tài Cấu trúc nội dung luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ DẬP VUỐT CĨ GIA NHIỆT 1 Công nghệ dập sản xuất khí Công nghệ dập vuốt yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt……………………………………………………………………………… ……6 Khái quát công nghệ dập vuốt………………………………………………6 2 Xác định thông số trình dập vuốt…………… … ………………10 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt 17 Các phương pháp gia nhiệt dập vuốt 20 Các mơ hình gia nhiệt phơi dập vuốt……………………………………20 Mơ hình gia nhiệt khn dập vuốt………………………………………24 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước gia cơng tạo hình vật liệu có gia nhiệt 25 Tình hình nghiên cứu nước………………………………………… 25 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 34 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG GIỚI HẠN TẠO HÌNH CỦA VẬT LIỆU SPCC TẠI CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU 35 Mơ hình thuộc tính phá huỷ vật liệu 35 iii 1 Phá huỷ dẻo vật liệu………………………………………………………… 35 2 Mơ hình phá hủy vật liệu…………………………………………………… 37 Mơ hình thuộc tính vật liệu 44 Xác định tính vật liệu SPCC sử dụng nghiên cứu 45 2 Xây dựng FLC vật liệu SPCC nhiệt độ phòng nhiệt độ gia nhiệt độ khác 49 2 Xây dựng FLC vật liệu SPCC nhiệt độ phòng 50 2 Xây dựng FLC vật liệu SPCC nhiệt độ gia nhiệt độ khác nhau………………………………………………………………………… …… 55 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ CỦA CHI TIẾT DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT 64 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm 64 Thiết lập thực nghiệm 66 Vật liệu thực nghiệm………………………………………………………… 66 2 Phôi dụng cụ phục vụ thực nghiệm…………………………………66 3 Máy thực nghiệm…………………………………………………………… 67 Bộ khuôn thực nghiệm……………………………………………………… 68 Thiết bị gia nhiệt thu thập liệu nhiệt độ………………………… 69 Thiết bị đo 71 3 Mô số gia công dập vuốt 73 3 Mơ hình phần tử hữu hạn (FEM)…………………………………………… 73 3 Thiết lập thông số mô thực nghiệm……………………………74 Nghiên cứu trình gia nhiệt dập vuốt thực nghiệm 76 Sơ đồ thực nghiệm……………………………………………………………76 Xây dựng mơ hình tốn học thể mối quan hệ thời gian gia nhiệt nhiệt độ phôi dập vuốt 77 Kiểm chứng độ xác FLC vật liệu SPCC nhiệt độ khác thông qua mô thực nghiệm 79 Kiểm chứng FLC nhiệt độ phòng 79 Kiểm chứng FLC nhiệt độ khác nhau…………………………………… 81 Nghiên cứu ảnh hưởng lực chặn phôi, mức độ dập vuốt, bán kính cong chày nhiệt độ đến chiều cao tạo hình chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ 82 iv Nghiên cứu ảnh hưởng lực chặn phôi (FBH) đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 82 Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ dập vuốt (Mt) đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 85 Nghiên cứu ảnh hưởng bán kính cong chày Rp đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 87 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ phôi T (0C) đến chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 89 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ dập vuốt 91 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ nhiệt độ phòng 93 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ nhiệt độ khác 95 So sánh phân bố chiều dày chi tiết dạng cốc trụ thông qua mô nhiệt độ khác 97 KẾT LUẬN CHƯƠNG 99 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN THỂ HIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ CHI TIẾT DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT 100 Thiết kế thực nghiệm 100 Điều kiện thực nghiệm 104 Nghiên cứu mối quan hệ thông số đầu vào thơng số đầu 105 Phân tích mối quan hệ thông số (FBH, Rp, Mt) đến chiều cao tạo hình (HR) chi tiết dạng cốc trụ dập vuốt 105 Phân tích mối quan hệ thơng số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình (HR2) chi tiết dạng cốc trụ dập vuốt 110 3 Phân tích mối quan hệ thông số (FBH, Rp, T) đến chiều dày phân bố (tP) chi tiết dạng cốc trụ dập vuốt 116 KẾT LUẬN CHƯƠNG 121 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 129 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị FLC Forming Limit Curve – Đường cong giới hạn tạo hình FLD Forming Limit Diagram – Sơ đồ đường cong giới hạn mm FFLD Fracture Forming Limit Diagram – Sơ đồ giới hạn tạo hình mm phá hủy mm FEM Finite Element Method – Mô phương pháp mm phần tử hữu hạn mm MMFC Modified Maximum Force Criterion – Tiêu chuẩn trở lực mm tối đa sửa đổi mm SPCC Steel – Plate – Cold rolled – Carbon – Thép cán nguội mm J-C Mơ hình Johnson – Cook mm B-W Mơ hình Bao-Wierzbicki mm P S Plane Strain – Biến dạng phẳng mm U T Uniaxial Tension – Biến dạng kéo đơn trục mm B T Equibiaxial Tension – Biến dạng kéo đồng thời theo mm hai phương mm S F Stretch Forming – Biến dạng tạo hình kéo mm S P Pure Shear – Biến dạng cắt túy U C Uniaxial Compression – Biến dạng nén đơn trục Rd Bán kính lượn cối Rp Bán kính cong chày Wc Khe hở chày cối D0 Đường kính phơi ban đầu R0 Bán kính phơi R Bán kính vành chi tiết sau dập vuốt rp Bán kính chày dập vuốt dp Đường kính chày dập vuốt Đường kính phơi sau lần dập d1 d Đường kính bán thành phẩm sau lần dập thứ hai d n M t Đường kính bán thành phẩm cho lần dập HR Mức độ dập vuốt HR-TN Chiều cao tạo hình chi tiết bắt đầu xuất rách (Gọi tắt “chiều cao tạo hình”) HR-MP Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ thực Hv nghiệm Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ mô Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC xây dựng dựa mơ hình Voce mơ số) vi Hs Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC mm xây dựng dựa mơ hình Swift mơ số) Hkt Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC mm xây dựng dựa mơ hình Kim-Tuan mô số) ∆𝐻𝑣 ; ∆𝐻𝑆; ∆𝐻𝑘𝑡 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ sử % dụng mơ hình tương ứng Voce; Swift; Kim-Tuan HFLC Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ sử dụng mm FLC khác HSTL Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ sử dụng mm FLC theo phương pháp tỷ lệ HSDX Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ sử dụng mm FLC theo phương pháp đề xuất ∆𝐻𝑆𝑇𝐿 ; ∆𝐻𝑆𝐷𝑋 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ sử % dụng FLC theo phương pháp tỷ lệ phương pháp đề xuất ∆𝐻𝑀𝑡 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ thay % đổi mức độ dập vuốt ∆𝐻𝑅𝑝 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ thay % đổi bán kính cong chày ∆𝐻𝐹 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ thay % đổi lực chặn phôi ∆𝐻𝑇 Sai lệch chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ thay % đổi nhiệt độ HR1-PT Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ xác định mm từ mô hình nhiệt độ phịng HR2-PT Chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ xác định mm từ mơ hình nhiệt độ khác tP Chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ mm t Chiều dày phôi mm tk Chiều dày lớn phần vành ổ biến dạng mm ∆𝑡𝑝 Sai lệch phân bố chiều dày chi tiết dạng cốc trụ % tMP Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ mô mm tTN Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ thực nghiệm mm tmin Chiều dày nhỏ chi tiết dạng cốc trụ mm tTB Chiều dày trung bình chi tiết dạng cốc trụ mm Ft Lực dập vuốt kN FBH Lực chặn phôi kN µ p Hệ số ma sát chày phơi µh Hệ số ma sát chặn phơi µd Hệ số ma sát cối phôi E Mô đun đàn hồi kim loại MPa vii Vp Tốc độ dụng cụ gây biến dạng mm/s 𝜀1, 𝜀2 Biến dạng phụ Biến dạng tương đương s-1  ; f ; eq Tốc độ biến dạng MPa 𝜀̇ Biến dạng hướng tiếp tuyến MPa MPa  Biến dạng phá hủy tương đương tương ứng nhiệt độ cao MPa nhiệt độ phòng MPa 𝑇𝑒𝑚𝑝 𝑜𝑜𝑚 Ứng suất tương đương MPa 𝜀𝑓̅ , 𝜀𝑓𝑅̅ Ứng suất theo phương MPa  , eq Tỷ lệ biến dạng 0C Ứng suất tương đương 0C 1; 2; 0C Ứng suất thủy tĩnh 0C  Ứng suất tương đương Von Mises 0C * Các tham số bất đẳng hướng Hill 0C 𝜎𝐻 Hệ số dị hướng theo phương cán, phương ngang vuông 𝜎𝑒𝑞 góc với hướng cán theo phương 45 F, G, H, L, M Tỷ lệ ứng suất theo hai phương N r0 ; r90 ; r45 Biểu thị hàm cứng hóa  Biểu thị độ dốc đường cong cứng hóa Giá trị Lankford HH ( ) Chỉ số ứng suất theo ba phương H ' Các hệ số phương trình 𝑅𝑚  Các hệ số phương trình d0 , d1, c0 , c1 Nhiệt độ nhiễu Cảm biến nhiệt độ cối dập vuốt D1, D2 , D3 Cảm biến nhiệt độ chặn phôi T Cảm biến nhiệt độ đế cối dập vuốt Ts1 Cảm biến nhiệt độ chày dập vuốt Ts2 Cảm biến nhiệt độ cối Ts3 Analysis of Variance – Phân tích phương sai Ts4 Signal – to – Nooise ratio – Tỷ số tín hiệu Ts5 Bình phương độ lệch Các giá trị kiểm tra thực nghiệm r ANOVA Giá trị tiêu chuẩn giá trị mục tiêu S/N Phương sai dư MSD yi Phương sai lặp y0 S u Hệ số Fisher Sll F viii ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC. .. tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 87 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ phôi T (0C) đến chi? ??u cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ 89 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến chi? ??u... bố chi tiết dạng cốc trụ dập vuốt 91 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến chi? ??u dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ nhiệt độ phòng 93 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến