Nghiên cứu tạo hình kim loại tấm bằng công nghệ biến dạng gia tăng đa điểm luận án tiến sĩ ngành kỹ thuật cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ MA VĂN VIỆT NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM BẰNG CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG GIA TĂNG ĐA ĐIỂM (TPIF – Two Point Incremental Forming) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKA0 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 3/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MA VĂN VIỆT NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM BẰNG CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG GIA TĂNG ĐA ĐIỂM (TPIF – Two Point Incremental Forming) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - MÃ SỐ: 9520103 Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS LÊ VĂN SỸ Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Huy Bích Phản biện 3: PGS.TS Lương Hồng Sâm Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2023 i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: MA VĂN VIỆT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1979 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Dân tộc: Kinh Phú Yên Chỗ riêng địa liên lạc: 479/8 Trương Công Định, phường 7, Tp Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0988650748 Fax: E-mail: mavanviet2004@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 09/1998 đến 03/2003 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế máy trộn bê tơng hình trám Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: năm 2003 Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Trần Thị Hồng Cao học: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 09/2005 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh ii Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: cân động roto trục mềm Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: năm 2005 Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Nguyễn Tuấn Kiệt III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2005-2006 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường cao đẳng kinh tế kỹ thuật công nghiệp Giảng viên 2006-2008 Công ty PTSC M&C Cán kỹ thuật 2008-2009 Trường cao nghề Dầu khí Việt Nam Giảng viên 2009-2011 PTSC Phu My Port Chuyên viên kỹ thuật 2011-2014 PVC-MS Cán kỹ thuật 2014-Nay PVD Tech Cán kỹ thuật iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 03 năm 2023 (Ký tên ghi rõ họ tên) Ma Văn Việt iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình PGS.TS Lê Văn Sỹ, PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh; quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Dầu khí Việt Nam; Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh; Phịng Thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số kỹ thuật hệ thống, Phịng Thí nghiệm Cơng nghệ thiết kế gia cơng tiên tiến - Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh; Phịng Đào tạo sau Đại học - Đại học Sư Phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh; động viên từ quan, bạn bè đồng nghiệp Đặc biệt, xin cảm ơn gia đình người thân hỗ trợ động viên suốt trình làm luận án Xin chân thành cảm ơn v TÓM TẮT Do áp lực thị trường cạnh tranh cao, ngành công nghiệp thúc đẩy để cạnh tranh hiệu cách giảm thời gian chi phí sản xuất phải đảm bảo sản phẩm dịch vụ chất lượng cao Bên cạnh đó, mục tiêu có trách nhiệm với mơi trường ảnh hưởng đến định hệ thống sản xuất công nghiệp Hiện nay, khách hàng thường chấp nhận thay đổi nhanh chóng kiểu dáng sản phẩm khối lượng sản xuất, điều đòi hỏi phải xác định lại kỹ thuật thiết kế phát triển sản phẩm, thay đổi quy trình sản xuất thơng thường Cơng nghệ tạo hình gia tăng (ISF) nhiều nhà nghiên cứu giới quan tâm nghiên cứu đáp ứng nhu cầu thời gian tạo hình thấp, chi phí đầu tư nhỏ tính linh hoạt cao Nguyên lý sử dụng chuyển động máy CNC với đầu dụng cụ tạo hình khơng cạnh cắt để biến dạng vật liệu theo lớp hình dạng sản phẩm hồn thành Trong đó, phương pháp tạo hình gia tăng đa điểm (TPIF) phương pháp tạo hình cơng nghệ tạo hình ISF để tạo hình gia tăng cục vật liệu Ưu điểm phương pháp TPIF tạo sản phẩm vừa có độ xác hình học cao, vừa đảm bảo chất lượng bề mặt Công nghệ không cần sử dụng khuôn phức tạp, linh hoạt thay đổi mẫu mã kích thước, chi phí thấp hiệu kinh tế cao Phương pháp tạo hình TPIF phù hợp cho loạt sản phẩm dạng vừa đơn tạo hình nhanh sản phẩm thử nghiệm tạo mẫu nhanh Luận án tập trung vào nghiên cứu khả tạo hình hợp kim nhơm A1050 H14 cơng nghệ tạo hình TPIF Các hợp kim nhơm biến dạng TPIF để xác định khả tạo hình lớn thơng qua góc tường 𝛼 đạt Ảnh hưởng thơng số q trình bước tiến dụng cụ 𝑧, tốc độ trục 𝑛, vận tốc tiến dụng cụ 𝑉 , đường kính dụng cụ 𝐷 đến khả tạo hình chất lượng bề mặt sản phẩm thực Việc khảo sát thực cách áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (DOE) việc xây dựng ma trận thực nghiệm theo mơ hình bậc khảo sát thông số đầu vào để thấy ảnh vi hưởng thông số đến khả biến dạng hợp kim nhơm Qua rút phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng thông số công nghệ (∆z, Vxy, D, n) đến khả tạo hình chất lượng bề mặt tạo hình Luận án tiến hành mô phần tử hữu hạn (FEM) q trình tạo hình TPIF để dự đốn độ xác hình học, dự đốn phá hủy vật liệu ảnh hưởng thông số công nghệ Vấn đề bôi trơn (chất bôi trơn phương pháp bôi trơn) đầu tư chi tiết để xem xét ảnh hưởng dạng chất bôi chơn phương pháp bơi trơn khác đến khả tạo hình chất lượng bề mặt sản phẩm Toàn dụng cụ tạo hình đồ gá, gối đỡ thiết kế đặc biệt phục vụ tất thí nghiệm tạo hình cơng nghệ TPIF Các kết đo đạc phân tích trình bày chi tiết luận án vii ABSTRACT Due to the high pressures from a globally competitive market, the industry is driven to compete effectively by reducing production time and costs while ensuring high quality products and services In addition, environmentally responsible goals also influence decisions for industrial production systems It is now common to accept rapid changes in product designs and development, which necessitate redefining product development and design techniques, as well as changes in conventional manufacturing processes Incremental forming technology (ISF) is being studied by many researchers around the world because it meets the needs of low forming time, small investment cost, and high flexibility The basic principle is to use CNC movement with a non-cutting spiral end-forming tool head to deform the sheet material layer by layer until the final product shape In particular, Two Point Incremental Forming method (TPIF) is one of the forming methods of ISF technology for local incremental deformation of the metal sheet The main advantage of the TPIF method is that it produces products with both high geometrical accuracy and surface quality This technology does not need to use complex die/molds, is very flexible in changing product shape and sizes, low cost, and high economic efficiency The TPIF forming method is well suited for single and medium product batch and rapid prototyping process This thesis focuses on studying the forming ability of aluminum alloy sheet A1050 H14 by TPIF technology The aluminum alloy sheets were deformed with TPIF to determine the maximum formability through the wall angle α achieved The influence of process parameters such as depth step 𝑧, spindle speed 𝑛, feedrate 𝑉 , and tool diameter 𝐷 on the formability and product surface quality is also investigated This champaign is carried out by applying the Design of Experiment method (DOE) in building an empirical matrix according to the quadratic model to investigate the machining parameters to understand deeply the influence on the TPIF formability and the formed surface of the aluminum sheets Thereby, a viii