THIẾT KẾ VI MÔ TƠ TỊNH TIẾN KIỂU TĨNH ĐIỆN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ MEMS Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859 0209 45 NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHIỀU DÀY THÀNH CHI TIẾT CÔN KHI DẬP TẠO HÌNH B[.]
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật – ISSN 1859-0209 NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHIỀU DÀY THÀNH CHI TIẾT CƠN KHI DẬP TẠO HÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CƠ Lê Trọng Tấn1,, Lại Đăng Giang1, Đào Văn Lưu1, Kiều Văn Tuấn2 1Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn; 2Tổng cục CNQP Tóm tắt Trong cơng nghệ dập thủy cơ, áp lực ép biên chiều dày tương đối phơi có vai trị quan trọng đến q trình tạo hình Bài báo sử dụng phương pháp mơ số để nghiên cứu ảnh hưởng áp lực ép biên chiều dày tương đối phôi đến phân bố chiều dày thành chi tiết côn dập thủy Dựa kết mô phỏng, tác giả tiến hành dập thử nghiệm cho kết nghiên cứu đảm bảo tin cậy Từ khóa: Dập vuốt thủy cơ; áp lực chất lỏng; áp lực ép biên; chiều dày thành; chi tiết côn Đặt vấn đề Trong tạo hình kim loại tấm, chi tiết dạng côn không phức tạp mặt hình dạng lại khó khăn cơng nghệ tạo hình Điều diện tích tiếp xúc ban đầu chày phơi nhỏ, vùng diện tích phôi tự chày vành cối lớn làm cho phôi dễ ổn định dẫn đến xuất nhăn Hơn nữa, ứng suất tập trung xung quanh mép chày làm tăng nguy phá hủy vật liệu [1, 2] Để tạo hình chi tiết dạng thơng thường sử dụng phương pháp khác như: dập qua nhiều bước, miết, dập nổ Dập thủy (Hình 1) phương pháp gia công tiên tiến ứng dụng tạo hình chi tiết dạng côn công nghiệp ô tô, hàng không, dân dụng Phương pháp thể tính ưu việt khơng cơng nghệ mà cịn chất lượng sản phẩm Hình Dập thủy chi tiết Email: tan.letrong82@gmail.com 45 Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình dập thủy vật liệu Để tạo hình thành công chi tiết nâng cao chất lượng sản phẩm địi hỏi phải có chế độ cơng nghệ hợp lý Áp lực ép biên qeb chiều dày tương đối phôi Δs yếu tố có ảnh hưởng đến mức độ thay đổi phân bố chiều dày thành chi tiết Nhìn chung, mức độ thay đổi chiều dày ít, phân bố chiều dày thành đồng chất lượng sản phẩm tốt ngược lại Trong báo này, tác giả tập trung khảo sát ảnh hưởng áp lực ép biên chiều dày tương đối phôi đến thay đổi chiều dày thành sản phẩm sau tạo hình chi tiết dạng phương pháp dập thủy Cơ sở lý thuyết Áp lực ép biên có ảnh hưởng quan trọng đến tượng nhăn, biến mỏng rách sản phẩm Theo [1], biến mỏng phân bố chiều dày thành sản phẩm cải thiện nhiều điều khiển hợp lý áp lực ép biên Theo [6] áp lực ép biên tối ưu tính theo cơng thức: S qeb (tu ) 0, 093(0,1 tg ) 1 100 m b D p đó: m (1) d - hệ số dập vuốt; dmin - đường kính đáy nhỏ chi tiết cơn, mm; Dp Dp - đường kính phơi, mm; S0 - chiều dày phơi, mm; α - góc cơn, độ; σb - giới hạn bền vật liệu phôi, MPa Chiều dày vật liệu phơi yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến q trình cơng nghệ chất lượng sản phẩm Về quan hệ chiều dày vật liệu phơi với áp lực chất lỏng tạo hình phân bố chiều dày thành sản phẩm, nghiên cứu chiều dày vật liệu tăng áp lực tối thiểu để tạo hình tăng mức độ biến mỏng chiều dày thành chi tiết lớn [4, 5, 6] Theo [6], chiều dày thành sản phẩm xác định theo công thức: Si Si 1 1 i (2) đó: Si - chiều dày chi tiết bước dập thứ i, mm; Si-1 - chiều dày thành chi tiết bước thứ i-1, mm; 46 , σρ - ứng suất theo hướng kính, σθ - ứng suất theo hướng Tạp chí Khoa học Kỹ thuật – ISSN 1859-0209 tiếp; i Rd hitg hi tg -1 ; Rp - bán kính phơi, mm; Rd - bán kính đáy chi 2 Rp sin tiết, mm; hi - chiều cao dập bước thứ i, mm Nghiên cứu mơ số 3.1 Xây dựng mơ hình mô Để khảo sát ảnh hưởng áp lực ép biên chiều dày tương đối phôi đến thay đổi chiều dày thành sản phẩm tạo hình phương pháp thủy cơ, tác giả sử dụng mơ hình chi tiết dạng hình 2a a) b) c) Hình Chi tiết dập (a), mơ hình vật liệu (b), mơ hình mơ (c) Sử dụng phần mềm Eta/DynaForm để tiến hành mơ q trình Do chi tiết có dạng trịn xoay nên để giảm bớt thời gian mô phỏng, tác giả sử dụng mơ hình mơ hình 2c Vật liệu mô sử dụng thép mềm DQSK, tương đương thép 08KП, có mơ hình 2b Thực khảo sát loại chiều dày tương đối phôi (Δs = so/Dp, %) 0,8%; 1,0% 1,2% 3.2 Điều kiện mơ Trong tốn, dụng cụ (chày, vành cối ép biên) coi tuyệt đối cứng Sự tiếp xúc phôi dụng cụ tiếp xúc mặt Hệ số ma sát phôi chày 0,14; phôi vành cối, phôi ép biên 0,05 [3] Để khảo sát ảnh hưởng chiều dày phôi áp lực ép biên đến thay đổi bề dày thành sản phẩm, trình mơ tiến hành qua hai bước: Bước một, mô với mức độ biến dạng định để xác định thơng số q trình hợp lý để dập thành công sản phẩm; Bước hai, sở giá trị thông số xác định bước một, tiến hành thay đổi chiều dày phôi (nếu khảo sát ảnh hưởng chiều dày phôi) giá trị áp lực ép biên (nếu khảo sát ảnh hưởng áp lực ép biên) để nghiên cứu mục tiêu toán 47 Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209 3.3 Các kết mô 3.3.1 Ảnh hưởng chiều dày tương đối phôi Các kết mơ đưa hình a) b) c) Hình Ảnh đồ mơ phỏng: Δs = 0,8% (a); Δs = 1,0% (b); Δs = 1,2% (c) Kết mô cho thấy, mức độ biến dạng, chiều dày tương đối Δs = 0,8%, bề mặt sản phẩm (phần cơn) có xu hướng xuất nhăn mạnh (Hình 3a) Khi tăng chiều dày tương đối phơi nhăn giảm (Hình 3b, 3c) Sử dụng chức Select by Cursor phần mềm Eta/DynaForm để xác định chiều dày thành sản phẩm phân bố dọc theo tiết diện hình Kết phân bố chiều dày thành sản phẩm biểu diễn đồ thị hình Hình Vị trí đo chiều dày thành sản phẩm Hình Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm Từ đồ thị hình cho thấy phần đáy sản phẩm biến mỏng chiều dày không đáng kể loại phôi Sự biến mỏng mạnh vùng chuyển tiếp bán kính lượn chày vùng thành côn Ở vùng thành côn, vật liệu thay đổi mạnh 48 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật – ISSN 1859-0209 Sự biến dày thành xuất vùng chuyển tiếp thành côn vành Mép vành sản phẩm bị biến dày mạnh Kết mô cho thấy, chiều dày tương đối phơi lớn mức độ biến mỏng vùng chuyển tiếp bán kính lượn chày vùng thành côn mạnh, đồng thời mức độ biến dày phần vành cao Như vậy, thấy dập thủy với vật liệu mỏng mức độ đồng tốt ngược lại 3.3.2 Ảnh hưởng áp lực ép biên Để khảo sát ảnh hưởng áp lực ép biên đến thay đổi chiều dày thành sản phẩm, tác giả tiến hành mô dập với chiều dày phôi định (Δs = 1,0%) Các kết mơ biểu diễn đồ thị hình Hình Sự phân bố chiều dày thành với áp lực ép biên khác Từ đồ thị hình 6, thấy áp lực ép biên tăng mức độ biến mỏng mạnh Tại vị trí chuyển tiếp bán kính lượn chày vùng thành có mức độ biến mỏng lớn -15,83%; -18,31% -21,63%, tương ứng với giá trị áp lực ép biên MPa, MPa 10 MPa Khi dập với áp lực ép biên 10 MPa, ảnh đồ mô bắt đầu xuất điểm vàng vùng bán kính lượn đáy, vật liệu có nguy bị phá hủy (Hình 7) Hình Sản phẩm dập với áp lực ép biên 10 MPa 49 Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209 Từ việc nghiên cứu mô phỏng, tác giả tiến hành dập thử nghiệm chi tiết Stand thí nghiệm dập thủy phịng thí nghiệm Gia cơng áp lực, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS Thiết bị dụng cụ dập thủy hình b) a) Hình Thiết bị dập (a); dụng cụ dập (b) Các sản phẩm thực nghiệm hình a) b) c) Hình Sản phẩm thực nghiệm: Δs = 0,8% (a); Δs = 1,0% (b); Δs = 1,2% (c) Hình 10 So sánh kết mơ thực nghiệm với chiều dày phơi khác 50 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật – ISSN 1859-0209 Hình 11 So sánh kết mô thực nghiệm Peb = MPa, Δs = 1,0% Từ kết mô thực nghiệm cho thấy, mức độ biến mỏng bề dày thành thực nghiệm nhỏ so với mơ (Hình 10) Tuy nhiên, phần vành mức độ biến dày thực nghiệm lại lớn so với mơ (Hình 11) Kết luận Các kết nghiên cứu báo quy luật ảnh hưởng áp lực ép biên chiều dày tương đối phôi đến mức độ biến mỏng chiều dày thành sản phẩm dập thủy chi tiết dạng Theo đó, chiều dày tương đối phôi áp lực ép biên tăng mức độ biến mỏng thành sản phẩm lớn ngược lại Các kết báo tài liệu tham khảo cho q trình tính tốn, thiết kế cơng nghệ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm dập thủy chi tiết dạng côn Tài liệu tham khảo Đinh Văn Phong, Nguyễn Trường An, Tạ Đình Xn (2015) Cơng nghệ tạo hình kim loại tấm, Quân đội Nhân dân Phạm Văn Nghệ (2006) Công nghệ dập thủy tĩnh Hà Nội: Bách khoa A Gorji, M Bakhshi-Jooybari, S Nourouzi, G Mohammad-Alinejad (2010) Forming Conical Parts with Sharp Tip in Sheet Hydroforming Process International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies (AMPT 2010), 469-474 Ablolhamid Gorji, Amir Reza Yaghoubi, Mohammad Bakhshi-Jooybari, Salman Norouzi (2011) Thickness Distribution in Conical Parts Formed by Hydroforming and Conventional Multistage Deep Drawing Processes Advanced Materials Research, 189-193, 2884-2887 M Janbakhsh, M Riahi and F Djavanrood (2013) A Practical Approach to Analysis of Hydro-Mechanical Deep Drawing of Superalloy Sheet Metals Using Finite Element Method Int J Advanced Design and Manufacturing Technology, 6(1), 1-7 Морозов С А (1998) Оптимизация процессов листовой штамповкис использованием гидро механической вытяжки Кандидатская диссертация, Ижевск, 207 51 Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209 STUDY ON SHEET THICKNESS MODIFY OF CONICAL CUP BY HYDRO-MECHANICAL PROCESS Abstract: Blank holder pressure and thickness of blank are very important in the hydro-mechanical deep drawing process In this paper, we used simulation method to study the influence of blank holder pressure and thickness of blank on wall thickness of conical cup by hydromechanical deep drawing process Based on the simulation results, we carried out an experiment of hydro-mechanical deep drawing process for conical cup, which provides reliable results Keywords: Hydro-mechanical deep drawing process; fluid pressure; blank holder pressure; wall thickness; conical cup Ngày nhận bài: 22/3/2018; Ngày nhận sửa lần cuối: 15/8/2017; Ngày duyệt đăng: 21/8/2018 52