(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản đến quá trình tạo hình chi tiết phức tạp bằng phương pháp ép chảy ngang

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu khoa học tơi khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các kết số liệu trình bày luận án hoàn toàn trung thực kết nghiên cứu luận án chưa công bố cơng trình khác ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày tháng T/M tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS TS Lê Thái Hùng Đỗ Quang Long i luan an năm 2020 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại tạo điều kiện thuận lợi, động viên khích lệ tơi q trình học tập thực đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thái Hùng PGS.TS Đinh Văn Hải tận tình hướng dẫn đóng góp ý kiến q giá q trình tơi thực luận án Những kết nghiên cứu đạt nhờ giúp đỡ tận tình Thầy cô giáo Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại, Bộ môn Gia công áp lực – Viện Cơ khí, Viện tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam, Viện tên lửa, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tinh thần suốt trình thực luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Đỗ Quang Long ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung ép chảy 1.2 Công nghệ ép chảy ngang 1.2.1 Nguyên lý trình công nghệ ép chảy ngang 1.2.2 Sản phẩm ép chảy ngang 1.3 Các cơng trình nghiên cứu ép chảy ngang 1.3.1 Các nghiên cứu công nghệ ép chảy ngang vật liệu đồng chất 1.3.2 Các nghiên cứu công nghệ ép chảy ngang vật liệu nhiều lớp 15 1.4 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 22 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY 22 2.1 Trường vận tốc ép chảy ngang 22 2.2 Lực ép 24 2.3 Các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình ép chảy 28 2.3.1 Ma sát trình ép chảy 28 2.3.2 Nhiệt độ ép chảy 33 2.3.3 Hệ số ép chảy 34 2.3.4 Ứng suất chảy dẻo vật liệu 35 2.3.5 Vận tốc ép chảy 35 2.4 Ảnh hưởng dòng chảy vật liệu 36 2.5 Các dạng khuyết tật, phá hủy trình ép chảy 38 iii luan an 2.5.1 Nứt bề mặt sản phẩm 38 2.5.2 Nứt tâm 39 2.5.3 Hiện tượng giịn nóng 40 2.6 Kết luận chương 40 CHƯƠNG 41 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY NGANG TRỤC CHỮ THẬP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 41 3.1 Giới thiệu khớp chữ thập 41 3.2 Mơ q trình ép chảy ngang sản phẩm trục chữ thập vật liệu đồng chất 42 3.2.1 Mô hình hình học 42 3.2.2 Mơ hình phần tử hữu hạn 44 3.2.3 Mơ hình hành vi – nhiệt vật liệu 44 3.2.4 Điều kiện biên 45 3.2.5 Kết mô trình ép trục chữ thập vật liệu đồng chất 45 3.3 Mô số trình ép chảy ngang trục chữ thập từ vật liệu hai lớp 53 3.3.1 Mơ hình hình học 53 3.3.2 Mơ hình phần tử hữu hạn 53 3.3.3 Mơ hình vật liệu 53 3.3.4 Điều kiện mô 55 3.3.5 Kết mơ q trình ép trục chữ thập từ phôi 02 lớp 55 3.4 Nghiên cứu chế phá hủy ép chảy ngang trục chữ thập từ vật liệu hai lớp nhôm - chì trạng thái nguội 65 3.4.1 Thiết lập toán 65 3.4.2 Mô hình vật liệu nhơm Al-5052 66 3.4.3 Kết mô chế phá hủy ép chảy ngang vật liệu nhiều lớp 72 3.5 Nghiên cứu toán ép chảy đối xứng hai chiều trục chữ thập 77 3.6 Kết luận chương 80 CHƯƠNG 81 THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG ÉP CHẢY NGANG TRỤC CHỮ THẬP 81 4.1 Ép chảy ngang trục chữ thập từ phôi thép 81 4.1.1 Vật liệu thí nghiệm 81 4.1.2 Thiết bị thí nghiệm 82 4.1.3 Khuôn – hệ thống gia nhiệt khuôn chày ép 83 iv luan an 4.1.4 Trình tự thí nghiệm điều kiện công nghệ ép 84 4.1.5 Kết thực nghiệm 86 4.2 Ép chảy nguội trục chữ thập từ phôi hai lớp nhơm – chì 89 4.2.1 Điều kiện thí nghiệm 89 4.2.2 Kết thực nghiệm 90 4.2.3 So sánh kết mô thực nghiệm 90 4.3 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 100 v luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Thứ nguyên Ff Lực ma sát N P Lực ép T Nhiệt độ ép chảy o C T0 Nhiệt độ phôi ép o C T1 Nhiệt độ khuôn o C ER Hệ số ép chảy 𝜏 Ứng suất trượt f Hệ số ma sát Tấn MPa m* Hệ số nhạy cảm với tốc độ biến dạng VR Vận tốc chày ép mm/s VE Vận tốc ép chảy mm/s s Hành trình chày ép mm f Hệ số ma sát N Lực pháp tuyến n Số lỗ phơi đối xứng K Độ bền cắt vật liệu MPa AR Diện tích tiếp xúc thực mm2 AC Diện tích mặt cắt ngang phơi mm2 AE Diện tích mặt cắt ngang sản phẩm mm2 PD Áp lực yêu cầu cho trình biến dạng dẻo N PF Áp lực yêu cầu vượt qua ma sát phôi buồng ép N pr Áp lực hướng kính N Pr Áp lực để vượt qua ứng suất dư N eq Biến dạng tương đương von-Mises eq Ứng suất tương đương von-Mises MPa 0 Ứng suất chảy MPa p Ứng suất chảy dẻo MPa 𝜀̅̇ Tốc độ biến dạng tương đương s-1 𝜀̅0̇ Tốc độ biến dạng tham chiếu s-1 f Biến dạng phá hủy N vi luan an p Biến dạng dẻo 𝜀̅ Biến dạng tương đương D Đường kính phơi ban đầu mm L(H) Chiều dài (chiều cao) phôi mm L’ Chiều dài vùng phơi mm  Góc ép chảy o Fp Lực máy ép N Fr Lực yêu cầu cho trình ép chảy N p Áp suất thủy tĩnh MPa Ps Áp suất riêng MPa A1 Diện tích mặt cắt xi lanh mm2 A2 Diện tích mặt cắt xi lanh bên mm2 R Bán kính góc lượng khn mm A, B, n Các hệ số mơ hình chảy dẻo Johnson-cook D1, D2, D3, Các hệ số mơ hình phá hủy Johnson - Cook D4, D5 𝜎∗ = 𝜎𝑚 𝜎𝑒𝑞 m, eq Chỉ số ba chiều ứng suất Ứng suất thủy tĩnh ứng suất tương đương von-Mises MPa xx, yy, zz Các thành phần ứng suất pháp MPa xy, yz, zx Các thành phần ứng suất tiếp MPa R, R1 Bán kính mẫu trước sau kéo mm a, a1 Đường kính phần thắt mẫu ban đầu sau đứt mm JCCRT (D) Chỉ số phá hủy vô hướng Johnson-Cook  Chiều dày lớp vỏ phôi hai lớp  Hệ số truyền nhiệt t Thời gian mm W/m.K s Ux Chuyển vị theo phương x mm Uy Chuyển vị theo phương y mm vx,nh; vx,ch Vận tốc nhơm chì theo hướng x mm/s vy,nh; vy,ch Vận tốc nhơm chì theo hướng y mm/s vii luan an DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ phân loại q trình cơng nghệ ép chảy Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý ép chảy nghịch (a), ép chảy thuận – thủy tĩnh (b) ép chảy ngang (c) Hình 1.3 Mặt cắt dọc chi tiết trục bậc rỗng chế tạo phương pháp ép chảy Hình 1.4 Hướng tác dụng lực hướng chảy vật liệu ép chảy ngang Hình 1.5 Nguyên lý ép chảy ngang, [4] Hình 1.6 Một số sản phẩm công nghệ ép chảy ngang Hình 1.7 So sánh lực ép thực nghiệm lý thuyết với hai loại chốt nhánh ép chảy ngang, [5] Hình 1.8 Hiện tượng hư hại ép chảy ngang khớp chữ thập rỗng, [6-7] Hình 1.9 So sánh mô thực nghiệm chi tiết rãnh then, [8] 10 Hình 1.10 Ảnh hưởng số rãnh đường kính phơi đến lực ép lớn nhất, [8] 10 Hình 1.11 Sản phẩm bánh trụ thẳng, [10] 11 Hình 1.12 a) Đồ thị lực-hành trình ép mơ thực nghiệm với ma sát 0.04 đường kính phơi 20mm b) Phân bố biến dạng ba trường hợp khe hở kênh khác nhau, [11] 11 Hình 1.13 Các dạng sản phẩm ép chảy ngang nghiên cứu [12] 12 Hình 1.14 Thơng số hình học cho hai sản phẩm ép chảy ngang, [16] 13 Hình 1.15 Đồ thị lực ép – mức độ điền đầy khn hai trường hợp hình dạng rãnh nhọn rãnh tù, [16] 13 Hình 1.16 Sản phẩm ép chảy nhận trường hợp HD A HD B, [16] 14 Hình 1.17 So sánh mô thực nghiệm 02 trường hợp HD A HD B, [16] 14 Hình 1.18 Khn chế tạo chi tiết bánh trụ thẳng nhánh nhánh a) khuôn dập khối, b) khuôn ép chảy ngang, [17] 14 Hình 1.19 Sơ đồ phát triển vi mô liên kết ranh giới sau ép chảy ủ khuếch tán thép AISI1020 thép SUS304 P- peclite, A- austenite, F- ferrite, MxCy - Cr-rich carbides, [40] 16 Hình 1.20 Mơ hình vật liệu ép chảy nghịch bimetal Al-Fe, [43] 17 Hình 1.21 a) hình dạng phơi biến dạng q trình ép chảy; b)Mặt cắt ngang phơi với độ dày lớp vỏ khác nhau, [43] 17 Hình 1.22 Ảnh cấu trúc vùng tiếp xúc nhôm hợp kim magiê nhiệt độ tăng từ 380oC (a) lên 420oC (b), [44] 18 viii luan an Hình 1.23 Mặt cắt dọc mẫu sau chế độ chồn 15%, 30%, 40%, [45] 18 Hình 1.24 So sánh mô thực nghiệm với lượng ép 40%: a) thép đồng thau, b) thép đồng đỏ, [45] 18 Hình 1.25 a) phôi kim loại 02 lớp 41Cr4 C22.8 đồng trục chế tạo phương pháp ghép hàn; b) bánh côn 02 lớp sau mô c) sau dập nóng, [46] 19 Hình 1.26 a) mặt cắt phơi trước dập nóng; b) sau dập nóng bánh cơn, [46] 19 Hình 1.27 Quá trình dập khối nguội bánh lõi chì, vỏ đồng với chiều dày lớp vỏ khác a)2mm, b)4mm, c)6mm, [47] 20 Hình 1.28 Các giai đoạn chế tạo chi tiết vật liệu hai lớp vỏ Al, lõi Magiê: a) phôi ép chảy, b) dập tạo đầu, c) dập xác chi tiết, [48] 20 Hình 2.1 Sơ đồ trình ép chảy ngang dạng khớp bốn nhánh (a), 22 vùng biến dạng (b), [4,5] 22 Hình 2.2 So sánh áp lực ép chảy, [3] 24 Hình 2.3 Sơ đồ xác định biến dạng dư trình ép chảy [2] 26 Hình 2.4 Sơ đồ máy ép chảy thuận, [2] 27 Hình 2.5 Áp suất riêng phần, [2] 27 Hình 2.6 Ảnh hưởng thơng số đến sản phẩm ép chảy, [2] 28 Hình 2.7 Ma sát trình ép chảy thuận, [2] 29 Hình 2.8 Ma sát trình ép chảy nghịch [2] 29 Hình 2.9 Ma sát trình ép chảy ngang 30 Hình 2.10 Sơ đồ ép chảy thuận (a) ép chảy nghịch (b) với thành phần lực tác dụng lên phôi khuôn, [2] 31 Hình 2.11 Mơ hình ma sát q trình ép chảy thuận a) AR < AA, b) AR=AA, p=𝜎 [2] 32 Hình 2.12 Các thơng số cơng nghệ ép chảy, [2] 35 Hình 2.13 Dịng chảy vật liệu q trình ép: a) ép chảy nghịch khơng có ma sát, b) ép chảy nghịch có bơi trơn, c) ép chảy thuận có bơi trơn, d) ép chảy thuận không bôi trơn-hư hại [1] 37 Hình 2.14 So sánh dịng chảy mơ (a) thực nghiệm (b) [2] 37 Hình 2.15 Vết nứt bề mặt [3] 38 Hình 2.16 Ảnh hưởng nhiệt độ đến chất lượng bề mặt ép chảy 39 hợp kim nhôm AA2014 [1] 39 Hình 2.17 Hiện tượng bị nứt tâm (Chevron) sản phẩm ép chảy sản phẩm trịn [3] 39 Hình 2.18 Hiện tượng giịn nóng ép chảy nhơm [3] 40 ix luan an Hình 3.1 Trục chữ thập thép lắp ghép trục các-đăng 41 Hình 3.2 Kích thước trục chữ thập (a); mơ hình trục chữ thập 3D (b) 42 Hình 3.3 Kích thước khuôn 42 Hình 3.4 Kích thước khuôn 43 Hình 3.5 Kích thước chày ép 43 Hình 3.6 Mơ hình thiết kế 3D (a) mơ hình phần tử hữu hạn (b) 43 Hình 3.7 Hình dạng sản phẩm nhận sau mô số 45 Hình 3.8 Đồ thị phân bố lực q trình biến dạng phơi ép chảy ngang khớp chữ thập với nhiệt độ phôi ban đầu To = 1100 oC, v =5 mm/s, ma sát f = 0.3 46 Hình 3.9 Ảnh hưởng vận tốc ép chảy đến lực ép nhiệt độ To = 1100 oC, f = 0.3 47 Hình 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến lực ép với ba nhiệt độ khác nhau: 48 To = 900 oC, 1000 oC 1100 oC, v = mm/s, f = 0.3 48 Hình 3.11 Lực ép – hành trình có tính đến ảnh hưởng truyền nhiệt nhiệt độ khác T = 900 oC, 1000 oC 1100 oC 48 Hình 3.12 Sự thay đổi nhiệt độ phơi q trình ép T = 900 oC, f = 0.3; v = mm/s 49 Hình 3.13 Trường nhiệt độ phơi q trình ép T = 1000oC, f = 0.3; v = 5mm/s 49 Hình 3.14 Trường nhiệt độ phơi q trình ép T = 1100oC, f = 0.3; v = 5mm/s 50 Hình 3.15 Trường nhiệt độ khn chày ép 50 Hình 3.16 Trường ứng suất tương đương theo hành trình 51 với điều kiện v = mm/s, To = 1100 oC, f = 0.3 51 Hình 3.17 Trường biến dạng trình điền đầy phơi vào lịng khn 52 với điều kiện v = mm/s, To = 1100 oC, f = 0.3 52 Hình 3.18 Trường gradient vận tốc theo hành trình ép 52 Hình 3.19 Phơi ghép hai lớp với chiều dày lớp vỏ  = 1, mm 53 Hình 3.20 Mơ hình phần tử hữu hạn tốn mơ 53 sản phẩm trục chữ thập hai lớp 53 Hình 3.22 Đường cong lực - hành trình lưới biến dạng tương đương 55 phôi trường hợp v=5mm/s, f=0.3,  = 1mm, To = 1100oC 55 Hình 3.23 Trường ứng suất tương đương theo giai đoạn khác 56 trường hợp v =5 mm/s,  =2 mm, f = 0.3, To = 1100 oC 56 x luan an 4.1.5 Kết thực nghiệm • Hình học sản phẩm Hình 4.8 hình ảnh sản phẩm trục chữ thập nhận từ phôi thép đồng chất C45 (a) phôi thép hai lớp (b) với điều kiện nhiệt độ T = 1100 oC, v = mm/s lớp vỏ  = mm Kết cho thấy, trục chữ thập nhận với nhánh điền đầy đối xứng Hình 4.8a trục chữ thập vật liệu đồng chất C45 Hình 4.8 b,c trục chữ thập hai lớp C45 C10s với 2/3 hành trình ép kết thúc hành trình ép a) b) c) Hình 4.8 Sản phẩm trục chữ thập thép đồng chất C45 (a) trục chữ thập hai lớp C45C10s nhận ép 2/3 (b) kết thúc hành trình (c) với lớp vỏ có chiều dày  = mm • Dịng chảy kim loại Để quan sát dòng chảy kim loại điền đầy lịng khn ép trục chữ thập Mẫu sau ép cắt theo mặt cắt dọc theo nhánh khớp chữ thập, sau mài mẫu, đánh bóng, tẩm thực dung dịch Axit Nitric loãng 5%HNO3 + cồn 90o chụp ảnh quan sát dịng chảy Hình 4.9a dịng chảy kim loại theo mặt cắt dọc trục nhánh chữ thập Kết so sánh dòng chảy thực nghiệm 86 luan an mơ có tương đồng dòng chảy kim loại giai đoạn ép 2/3 hành trình Phía nhánh chữ thập dịng chảy có xu hướng chảy thuận lợi lưới biến dạng bị xơ lệch Phía đáy nhánh chữ thập, ma sát lớn phía đáy gây ứng suất kéo làm áp lực nén tác động lên phía đáy nhánh phơi lớn dẫn đến cản trở chuyển động dòng chảy kim loại Kết cho thấy phía phía nhánh chữ thập có dịng chảy khơng đối xứng Phía đáy nhánh bị biến dạng mãnh liệt thể lưới bị chèn ép xơ lệch gây dịng chảy rối cuối hành trình ép Hiện tượng phân tích phần mơ chương b) a) Hình 4.9 Dòng chảy vật liệu sau ép 2/3 hành trình, (a) thực nghiệm; (b) mơ Hình 4.10 mặt cắt dọc phía đáy theo hai nhánh đối xứng trục chữ thập ép hết hành trình Quan sát thấy rõ lớp vỏ C45 bị biến mỏng đáy nhánh có nguy dẫn đến phá hủy lớp vỏ biến dày đỉnh nhánh chữ thập a) b) Hình 4.10 Phân bố lớp vỏ C45 lõi C10s sau ép hết hành trình, (a) thực nghiệm; (b) mơ 87 luan an • Lực ép Hình 4.11 đồ thị so sánh đường cong lực ép mô thực nghiệm ép chảy trục chữ thập thép hai lớp trường hợp vận tốc ép chảy v = mm/s, nhiệt độ T = 1100 oC, chiều dày lớp vỏ  = mm Kết cho thấy, đường cong lực ép mơ thực nghiệm có tương đồng giai đoạn ép chảy trục chữ thập Tuy nhiên, giá trị lực ép có chênh lệch mô thực nghiệm Lực ép gần tồn q trình thực nghiệm lớn giá trị lực ép mô phỏng, nguyên nhân bơi trơn khơng đồng đều, nhiệt độ phôi ép giảm xuống gây trở kháng biến dạng lớn nên lực ép gia tăng Hình 4.11 So sánh lực ép thực nghiệm mô ép trục chữ thập hai lớp với điều kiện T = 1100 oC, v = mm/s, chiều dày lớp vỏ  = mm • Biến đổi chiều dày lớp vỏ Để khảo sát biến đổi chiều dày lớp vỏ khớp nỗi chữ thập, ảnh mặt cắt sản phẩm phía nhánh chụp lại sử dụng phương pháp lưới tọa độ để đo kích thước vùng khác hình 4.12 cho kết cho bảng 4.3 Kết thực nghiệm mơ cho thấy có tương đồng biến đổi chiều dày vùng khác phần nhánh chi tiết Sự chênh lệch chiều dày lớn phần phần nhánh trục chữ thập Cụ thể, xảy trình biến dày phía biến mỏng phía nhánh trục chữ thập Phía đáy có xu hướng phá hủy lớp vỏ 88 luan an Bảng 4.3 Phân bố chiều dày lớp vỏ thực nghiệm mơ Chiều dày lớp ngồi (mm) Thực nghiệm Mơ Vị trí A (mm) 2.1 2.2 Vị trí B (mm) 2.1 2.1 Vị trí C (mm) 1.2 1.4 Hình 4.12 So sánh chiều dày lớp vỏ  = 2mm biến đổi ép trục chữ thập với 2/3 hành trình thực nghiệm (a) mơ (b) 4.2 Ép chảy nguội trục chữ thập từ phôi hai lớp nhơm – chì Hiện tượng phá hủy ép phơi hai lớp nhơm - chì mơ giải thích nguyên nhân gây phá hủy chương Phần tiến hành thực nghiệm để kiểm chứng ép trục chữ thập từ phôi hai lớp nhôm A5052 chì nguyên chất trạng thái nguội 4.2.1 Điều kiện thí nghiệm Chuẩn bị phơi: phơi ghép nhơm A5052 chì (99,9 %) cách ép lõi chì vào vỏ nhơm theo dung sai kích thước cho phép (hình 4.13), kích thước cho bảng 4.4 Bảng 4.4 Kích thước phơi vật liệu nhiều lớp Kích thước Phơi Lớp vỏ (Al) h = 45mm D = 14.7mm Lõi (Pb) h = 45mm D = 10.7+0.2 mm 89 luan an Hình 4.13 Kích thước phơi hai lớp Al-Pb Quá trình thực nghiệm chọn chế độ vận tốc ép chảy mm/s, sử dụng dầu Teflon để bơi trơn phơi có chiều dày lớp nhôm mm 4.2.2 Kết thực nghiệm Hình 4.14 Hình dáng sản phẩm nhận sau ép, mẫu cắt ¼ để quan sát phân bố chiều dày lớp vỏ Từ kết thí nghiệm nhận thấy rằng, sản phẩm nhận đảm bảo theo kích thước yêu cầu Tuy nhiên kết thúc hành trình ép, kim loại chì từ bên phá hủy bên ngồi lớp nhơm Điều giải thích tốc độ dịch chuyển nhơm khơng đáp ứng dịch chuyển chì lịng khn Lực tác động theo phía nguyên nhân dẫn đến việc phá hủy mẫu hình 4.14 4.2.3 So sánh kết mơ thực nghiệm Hình 4.15 so sánh kết mô thực nghiệm ép chảy ngang trục chữ thập vật liệu hai lớp nhôm - chì Kết thực nghiệm mơ cho thấy tương đồng hình dạng vị trí phá hủy Phía nhánh chữ thập lớp nhơm có tượng biến dày, phần đáy nhánh lớp vỏ nhôm bị phá hủy Kết cho phép kiểm chứng mơ hình vật liệu, điều kiện mô nguyên nhân gây phá hủy sản phẩm ép chảy ngang trục chữ thập hai lớp hợp lý 90 luan an Hình 4.15 So sánh mô thực nghiệm: a) hình học sản phẩm với biến phá hủy phá hủy J-C; b) hình học sản phẩm thực nghiệm 4.3 Kết luận chương Chương nghiên cứu trình ép chảy ngang sản phẩm trục chữ thập hai trường hợp vật liệu thép hai lớp vật liệu nhơm – chì hai lớp để xem xét khả tạo hình vật liệu nhiều lớp cơng nghệ ép chảy ngang kiểm chứng giải thích chế phá hủy mẫu, nhận thấy: - Kết thực nghiệm khẳng định qui luật biến đổi dòng chảy vật liệu, phân bố chiều dày lớp vỏ, lực ép ép chảy ngang trục chữ thập vật liệu thép hai lớp có tương đồng mơ thực nghiệm - Kết thực nghiệm minh chứng luận điểm giải thích kết mơ biến dày lớp vỏ phía biến mỏng lớp vỏ phía nhánh chữ thập - Ép chảy vật liệu hai lớp nhơm – chì cho thấy phân bố khơng đồng lớp vỏ lớp vỏ bị phá hủy ép hết hành trình Điều giải thích chế gây phá hủy tương thích biến dạng hai lớp phù hợp 91 luan an KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu trình bày, luận án đưa kết luận nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến q trình tạo hình chi tiết phức tạp phương pháp ép chảy ngang sau: Đã nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng số thông số công nghệ nhiệt độ - trình truyền nhiệt, vận tốc ép chảy đến lực ép ép chảy ngang trục chữ thập từ vật liệu đồng chất thép C45 vật liệu hai lớp thép C45 C10s Phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng, dòng chảy vật liệu theo giai đoạn điền đầy khn, từ vùng tập trung ứng suất phía đáy nhánh chữ thập, mức độ biến dạng lớn dịng chảy rối vị trí cuối giai đoạn điền đầy vào nhánh chữ thập, trình biến mỏng lớp vỏ phía đáy biến dày lớp vỏ phía nhánh chữ thập trường hợp vật liệu hai lớp Các thông số lựa chọn để nghiên cứu công nghệ gồm: nhiệt độ T0 = 1100oC, vận tốc ép chảy v = 5mm/s hệ số ma sát f = 0.3 Nghiên cứu luận giải chế phá hủy ép chảy ngang trục chữ thập trạng thái nguội từ vật liệu hai lớp nhơm – chì Ngun nhân tương thích biến dạng hai lớp vật liệu gây trạng thái ứng suất kéo – nén khác lớp vỏ có ứng suất kéo lớn giá trị giới hạn bền cho phép vật liệu dẫn đến phá hủy Đã thực nghiệm kiểm chứng ép chảy ngang trục chữ thập cho thấy tương hợp cao với kết mô gồm: lực ép, dịng chảy vật liệu, q trình biến mỏng - biến dày lớp vỏ phôi từ vật liệu hai lớp thép C45 C10s Thực nghiệm kiểm chứng nguyên nhân gây phá hủy hai lớp vật liệu nhôm – chì cho độ tương hợp cao Kết chứng tỏ việc lựa chọn nhận dạng mơ hình vật liệu, điều kiện biên mơ giải thích nguyên nhân gây phá hủy hợp lý Đề xuất giải pháp ngăn ngừa phá hủy lớp vỏ thay đổi chiều dày lớp vỏ phôi theo nhiệt độ thích hợp đề xuất giải pháp cơng nghệ ép chảy đối xứng hai chiều để nhận sản phẩm khơng bị phá hủy có mức độ biến dạng lớp vỏ đồng mô số 92 luan an • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Với kết trên, nghiên cứu tiếp tục phát triển công nghệ ép chảy ngang với hướng sau: - Nghiên cứu biến đổi cấu trúc liên kết lớp kim loại - Đa dạng hóa sản phẩm ứng dụng cho cơng nghệ ép chảy ngang bánh côn liền trục, chốt trục, chốt rãnh, bạc nối… - Nghiên cứu thực nghiệm trình ép chảy ngang đối xứng 02 chiều 93 luan an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] T Shepparp (1999), Extrusion of alluminium alloys, Springer-Science +Business Media Dordrecht Pradip K Saha (2000), Aluminum Extrusion Technology, ASM International® Materials Park, Ohio 44073-0002 M Bauser, G Sauer, K Siegert, A.F Castle (2006), Extrusion, ASM International® Materials Park, Ohio 44073-0002 Yılmaz Can, Tahir Altınbalık, H Erol Akata (2005), A study of lateral extrusion of gear like elements and splines, Journal of Materials Processing Technology 166, pp.28–134 T Altinbalik and Y Can, (2006) An experimental study of lateral extrusion of splines, J Mat Des., 27, p.727 -734 T Ohashi, H Ito, K Shinozaki, S Ito, H Watari, (2006), Analytical and experimental study on lateral extrusion of cross fittings with a lost core, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol 18, p.399402 T Ohashi, H Ito, K Shinozaki, S Ito, H Watari, (2007), Lateral extrusion of a cross fitting with a lost core, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol.24, p.413-420 M.Zadshakoyan, H Jafarzadeh, E Abdi Sobbouhi, (2009) “Injection Forging of Splines Using Numerical and Experimental Study”, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering Vol.3, No.4, p442-427 M Zadshakoyan and H Jafarzadeh (2009), “Numerical Study of the Die Geometry and Friction Effect on the Forming Load and Material Flow in Injection Forging Process”, Journal of Applied Science 9(11), p.2174-2179 M.Zadshakouyan, E Abdi Sobbouhi, H Jafarzadeh, A Study on the Heading of Spur Gears: Numerical Analysis and Experiments, World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol.28, p.254-258 H Jafarzadeh, G Faraji and A F Dizaji (2012), “Analysis of lateral extrusion of gear-like form part”, Journal of Mechanical Science and Technology 26 (10), p.3243~3252 U C Paltasingh, S K Sahoo, P.R Dash, K.C Nayak, S Potnuru, (2013) “Lateral Extrusion for Round to Triangular Head: Experimental Studies and Three Dimensional Analyses”, International Jounal of Research in Aeronautical and Mechanical Engineering, ISSN (Online): 2321-3051, Vol.1 Issue.2 U C Paltasingh, S K Sahoo, P.R Dash, K.C Nayak, (2013) “Simulation and Experimental Studies for Lateral Extrusion of Square and Pentagonal Head from 94 luan an [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] Round Shaft”, International Journal of Research in Engineering and Technology, ISSN: 2319-1163, Volume: 02 Issue U C Paltasingh, S K Sahoo, P.R Dash, K.C Nayak and S Potnuru, (2013) “FEM Analysis and Experimental Investigation For Lateral Extrusion Of Hexagonal Head”, International Journal of Engineering Research and Applications, Vol 3, Issue 4, p.1265-1271 U C Paltasingh, S K Sahoo, P.R Dash, K.C Nayak and S Potnuru, (2013) “Lateral Extrusion of Spur gears with Involute Profile: Finite Element Analysis and Experimental Investigation”, IOSR Journal of Engineering, Vol 3, p.20-30 Miroslav Plancak, Malgorzata Rosochowska, Plavka Skakun, (2013) “Radial Extrusion of Gear Like Components – Numerical Analysis and Experiment”, ISSN 1330-3651 (Print), ISSN 1848-6339 (Online), UDC/UDK 621.7.01:539.37 Y Can and C Misirli (2008), Analysis of spur gear forms with tapered tooth profile, Materials and Design vol.29, p.829-838 Y Yang and K J Kim, (2007) Design of processes and products through simulation of three-dimensional extrusion, J Mater Process Technol 191 A Buschhausen, K Weinmann, Y J Lee and T Altan, (1992) evaluating of lubrication and friction in cold forging using a double backward extrusion process, J Mater Process Tech-nol33, p.95-108 H -J Choi and Hwachoi, (2001) The forming characteristics of radial-backward extrusion, J Mater Process, 113, p.141-147 R Ebrahimi, M Reihanian and M M Moshksar (2008, An analytical approach for raial-forward extrusion process, Matre Des29) p.1694-700 A Farhoumand and R Ebrahimi, (2009) Analysis of forward-backward-radial extrusion process, Matre Des30, p.2152-2157 Y S Lee, S K Hwang, Y S Chang and B B Hwang, (2001) The forming characteristics of radial-forward extrusion, J Mater Process Technol, 113, p.136140 S K Hwang, D H Jang, B D Ko and B B Hwang, (2005) The forming characteristics of simultaneous radial- forward extrusion processes, Mater Sci Forum 4, 475 479:4171 R Balendra, Yi Qin and R Balendra, (1998) Computer-aided design of Nettforming by injection forging of engineering components, J Mater Process (76), p.62-68 R Balendra and Y Qin, (2000) Identification and classification of flow– dependent defects in the injection forging of solid billets, J Mater Process 106, p.199-203 Z Peng and T Sheppard, (2014), Study of surface cracking during extrusion of aluminium alloy AA, 2014, Materials Science and Technology, vol20, p.11791191 95 luan an [28] S Berski, G Banaszek, H Dyja (2001), “Analysis of computer simulation of bimetallic rod extrusion process”, 10th Jubilee International Scientific Conference, Conference Procedding “Achievements in Mechanical & Materials Enginerring” p 43-48 [29] Nguyến Thị Thu, Nghiên cứu công nghệ ép chảy thuận nghịch micro để chế tạo chi tiết tiếp điểm công nghiệp điện tử, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2011 [30] Tạ Văn Thu, Nghiên cứu cơng nghệ ép chảy thuận nhơm định hình, Luận văn Thạc sỹ khoa học, 2012 [31] Bùi Khắc Khánh, Nghiên cứu công nghệ ép chảy ngược thép hợp kim thấp độ bền cao để chế tạo ống chịu áp lực, Luận án tiến sỹ kỹ thuật khí, 2019 [32] Nguyễn Đắc Trung, Lý Thị Thanh Huyền, Nguyễn Thị Sinh, (2013), Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dập khối xác sản phẩm khớp nối chữ thập, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ III, tháng 4/2013 ISBN 978-604-67-0061-6, trang 576-582 [33] Lý Thị Thanh Huyền, Nghiên cứu công nghệ tạo hình xác trạng thái nửa nóng, Luận văn thạc sỹ, 2012 [34] Phạm Văn Nghệ, Đinh Văn Phong, Nguyễn Mậu Đằng, Trần Văn Cứu, Nguyễn Trung Kiên, Cơng nghệ dập tạo hình khối, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội, 2008 [35] Đề tài cấp Bộ, "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo khớp nối chữ thập cơng nghệ ép chảy ngang nhằm nội địa hóa chi tiết ứng dụng cấu tay quay truyền ô tô", Cơ quan chủ quản: Bộ Công thương, thời gian thực 01/2013-12/2013 [36] Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, "Nghiên cứu biến dạng tạo hình khớp nối chữ thập công nghệ ép chảy ngang", học viên: Nguyễn Tuấn Anh, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2013 [37] S Berski, G Banaszek, H Dyja, (2011) “Analysis of die shape influence on AlCu Bimetal charge yield during extrusion process”, Metalluagical and Minning Industry, vol3, No7 [38] M Plancak, D Movrin, Z Car, D Vilotic, I Kacmarcik, M Kršulja, (2012) “Bimetallic cold backwward extrusion numerical simulation with experimental verification”, International Conference on Innovative Technologies - IN-TECH, p 417-420 [39] M Plancak, D Vilotic, Z Car, D Movrin, I Kacmarcik, M Krsulja (2012), Forward Extrusion of Bi-metallic Components, 4th International Scientific and Expert Conference TEAM 2012 Technique, p 125-128 [40] Wojciech Z Misiolek and Vinod K Sikka, (2006) “Physical and Numerical Analysis of Extrusion process for prudcution of bimetallic tubes”, Final technical report 96 luan an [41] H Haghighat, MM Mandavi, (2013) “Analysis and FEM simulation of extrusion process of Bimetal tubes through rotating dies”, Transactions of nonferrous metals Society of China, p.3392-3399, vol23 [42] H Haghighat, MM Mandavi, (2013) “Upper bound analysis of bimetallic rod extrusion process through rotating conical dies”, J Theoretical and applied mechanics, vol51, p.627-637 [43] I Kačmarčik, M Plančak, D Vilotić, M Tolnai, D Movrin, A Ivanišević, (2013), “Numerical analysis of bi-metallic extrusion of gear-like components”, University of Novi Sad, Faculty of Technical Sciences, Novi Sad, Serbia; Technical University Bratislava, Slovakia [44] O Golovko, S.M Bieliaiev, F Nurnberger, V.M Danchenko, (2015) “Extrusion of the bimetallic aluminum-magnesium rods and tubes”, Springer, DOI 10.1007/s10010-015-0184-3 [45] Cenk Misirli, Isik Cetintav, Yılmaz Can, (2016) “Experimental and fem study of open die forging for bimetallic cylindrical parts produced using different materials” International Journal of Modern Manufacturing Technologies, ISSN 2067–3604, Vol VIII, No 1, p.69-74 [46] Anna Chugreeva, Maximilian Mildebrath, Julian Diefenbach, Alexander Barroi, Marius Lammers, Jörg Hermsdorf, Thomas Hassel, Ludger Overmeyer, and Bernd-Arno Behrens (2018), Manufacturing of High-Performance Bi-Metal Bevel Gears by Combined Deposition Welding and Forging, Metals, vol.8, 898 [47] Denis J Politis, Nicholas J Politis, Jianguo Lin, Trevor A Dean and Daniel S Balint (2018), An analysis of the tooth stress distribution of forged bi-metallic gears, J Mechanical Engineering Science, Vol 232(1) p.124–139 [48] Wolfgang Förster, Carolin Binotsch and Birgit Awiszus (2018), Process Chain for the Production of a Bimetal Component from Mg with a Complete Al Cladding, Metals, vol.8, 97 [49] Phạm Văn Quế, Hà Minh Hùng (2014), Nghiên cứu tính chất đặc trưng biên giới hai lớp vật liệu bimetal thép C.45- thép III15 dạng hình trụ sau hàn nổ, ép chảy nóng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, số 20, p.44-48 [50] G.E Dieter (1961), Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill, Inc [51] F.P Bowden and D Tabor (1964), “The Friction and Lubrication of Solids, Part II,” Oxford University Press, 1964 [52] J.A Schey, Tribology in Metalworking, American Society for Metals, 1983 [53] S Abtahi (1996), Interface Mechanisms on the Bearing Surface in Extrusion, Proc Sixth International Aluminum Extrusion Technology Seminar [54] DEFORM-3D software user Manual, (2005) Scientific Forming technologies Corporation, V5.0, Scientific Forming Tech-nologies Corporation, Columbus, OH 97 luan an [55] Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên (2011), Mơ số q trình biến dạng, Nhà Xuất Bách khoa, Hà Nội [56] A.F Castle and T Sheppard (1976), Hot Working Theory Applied to Extrusion of Some Aluminum Alloys, Met Technol., Vol (No 10) [57] A.F Castle (1992), Temperature Control in Aluminum Extrusion, Proc Fifth International Aluminum Extrusion Technology Seminar, Aluminum Extruders Council and the Aluminum Associations, Inc [58] T Altan and S Kobayashi (1968), A Numerical Method for Estimating the Temperature Distribution in Extrusion Through Conical Dies, J.Eng Ind (Trans ASME) [59] Y Tashiro, H Yamasaki, and N Ohneda (1992), Extrusion Conditions and Metal Flow to Minimize Both Distortion and Variance of Cross Sectional Shape, Proc Fifth International Aluminum Extrusion Technology Seminar [60] P.K Saha (1977), Temperature Distribution in Extrusion, M.S thesis, University of Calcutta, India [61] P.K Saha, and R.K Ghosh (1979), Temperature Distribution During Hot Extrusion of Aluminum—Theoretical Evaluation, Indian J.Technol., Vol 17 [62] P.K Saha (1966), Influence of Plastic Strain and Strain Rate on Temperature Rise in Aluminum Extrusion, Proc Sixth International Aluminum Extrusion Technology Seminar, Vol 2, Aluminum Extruders Council and the Aluminum Associations, Inc [63] H Zhang, X Li, W Tang, X Deng, A.P Reynolds, M.A Sutton (2015), Heat Transfer Modeling of the Friction Extrusion Process, Journal of Materials Processing Technology, vol.221, p.21–30 [64] K Laue, and H Stenger (1981), Extrusion, American Society for Metals [65] P.K Saha (1997), Factors Affecting Speed and Pressure in 6063 Aluminum Extrusion, Proc Aluminum 2000—3rd World Congress on Aluminum, (Cyprus), Interall Publications [66] Pearson, c.E and Parkins, R.N (1961) The Extrusion of Metals, Chapman & Hall, London [67] ABAQUS software 7.0, Build ID: 2016_09_28_04.54.59.126836 [68] Đặng Thị Hồng Huế (2014), Nghiên cứu chế phá hủy phơi qúa trình cán nêm ngang, Luận án tiến sỹ kỹ thuật [69] C.Lakshmana Rao, V.Narayanamurthy, K.R.Y Simha (2016), Applied Impact Mechanics, ISBN978-11-1924-180-5, John Wiley & Sons Ltd [70] Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Như Huynh (2005), Ma sát bôi trơn gia công áp lực, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội [71] Mohanraj Murugesan and Dong Won Jung (2019), Johnson Cook Material and Failure Model Parameters Estimation of AISI-1045 Medium Carbon Steel for Metal Forming Applications, Materials, 12, 609 98 luan an [72] Bridgman, P W., (1944), ‘‘The Stress Distribution at the Neck of a Tension Specimen,’’ Trans ASME, 32, p 553–574 [73] Bridgman, P W., (1964), Studies in Large Plastic Flow and Fracture, Harvard University Press, Cambridge, MA [74] A Valiente (2001) On Bridgman’s Stress Solution for a Tensile Neck Applied to Axisymmetrical Blunt Notched Tension Bars, Journal of Applied Mechanics Vol 68 p.412-419 [75] Yingbin Bao, Tomasz Wierzbicki, (2004), On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space, International Journal of Mechanical Sciences Vol.46, p.81–98 [76] V Zichil et al (2017), Considerations on stress triaxiality variation for 2P armor steel, IOP Conf Series: Materials Science and Engineering 200, doi:10.1088/1757-899X/200/1/012066 99 luan an DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Tuấn Anh, Đỗ Quang Long, Lê Thái Hùng, 2013, Phân tích yếu tố cơng nghệ ép chảy ngang khớp nối chữ thập, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ XI, Đại học Tôn Đức Thắng, p487-493, ISBN 978-604-913-212-4 Đỗ Quang Long, Nguyễn Tuấn Anh, Đinh Văn Hải, Lê Thái Hùng, 2015, Mơ phân tích thực nghiệm dịng chảy kim loại trình ép chảy ngang khớp nối chữ thập, Tạp chí Khoa học cơng nghệ, Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam, Tập 53-số 2B, pp21-27 Đỗ Quang Long, Nguyễn Xuân Hoàng, Lê Anh Quang, Đinh Văn Hải, Lê Thái Hùng, 2015, Ảnh hưởng thông số công nghệ đến chế tạo bánh liền trục trình ép chảy ngang, Tuyển tập hội nghị Cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc, ĐH Duy Tân, pp869-875, ISBN.978-604-913-459-3 Đỗ Quang Long, Lê Anh Quang, Lê Thái Hùng, 2016, Mô trình ép chảy ngang ống thành mỏng chữ T từ vật liệu kim loại nhiều lớp, Tuyển tập hội nghị KH&CN tồn quốc Cơ khí - Động lực, Đai học Bách Khoa Hà Nội, pp446450, ISBN 978-604-95-0040-4 Le Thai Hung, Do Quang Long, Le Trung Kien, Vu Xuan Hung, Pham Quang, 2018, Experimental and FEM Simulation Analysis of Lateral Extrusion Process on Bimetal Cross Fitting, Journal of Advances in Materials, Volume 7, Issue 3, pp67-72 Đỗ Quang Long, Đinh Văn Hải, Lê Thái Hùng, 2020, Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ chiều dày lớp vỏ đến trình ép chảy ngang khớp nối chữ thập cho vật liệu kim loại hai lớp mô số, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 4, pp.3844, ISSN 0866-7056 100 luan an ... trình tạo hình chi tiết phức tạp phương pháp ép chảy ngang? ?? cần thiết Mục đích nghiên cứu Mục đích luận án là: Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến trình ép chảy ngang để tạo hình chi tiết. .. Một số sản phẩm công nghệ ép chảy ngang 1.3 Các cơng trình nghiên cứu ép chảy ngang 1.3.1 Các nghiên cứu công nghệ ép chảy ngang vật liệu đồng chất Trên giới, công nghệ ép chảy ngang nghiên cứu. .. liệu công nghệ ép chảy ngang cho thấy, công nghệ ép chảy ngang phương pháp tạo hình đặc biệt có kết hợp q trình ép chảy cơng nghệ dập khối khn kín Cơng nghệ có khả chế tạo nhiều chi tiết có hình