Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao

VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUÔN DẬP CẶP CHI TIẾT DẠNG TẤM MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG ÁP SUẤT CAO CNĐT: ĐINH VĂN DUY 9064 HÀ NỘI – 2011 1 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ và tên Chức danh Học hàm, học vị, chuyên môn Chủ nhiệm đề tài Đinh Văn Duy Nghiên cứu viên Viện IMI Ths GCAL Cán bộ nghiên cứu Trần Anh Quân GĐ TT Đào tạo Viện IMI TS CTM Nguyễn Thành Công Nghiên cứu viên Viện IMI Ths CKCX Phan Anh Dũng Nghiên cứu viên Viện IMI Ths ĐT Lê Hồng Sơn Nghiên cứu viên Viện IMI Ths CTM Nguyễn Phương Chi Nghiên cứu viên Viện IMI KS CĐT Nguyễn Trí Đồng Nghiên cứu viên Viện IMI KS TĐH 2 TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. Thực hiện nội dung nghiên cứu: Sau thời gian nghiên cứu triển khai đề tài từ 01/01/2011 đến 30/11/2011, nhóm nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung chính sau: + Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo hình thủy lực -Lịch sử phát triển -Nghiên cứu các phương pháp trong công nghệ dập thủy lực: Phương pháp dập thủy cơ, phương pháp dập thủy tĩnh phôi ố ng, phôi tấm -Các thiết bị sử dụng trong hệ thống dập tạo hình thủy lực + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chung của quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm là cơ sở cho việc thiết kế khuôn. Nội dung nghiên cứu lý thuyết bao gồm: -Nghiên cứu những vấn đề chung của phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm -Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trường hợp dập vuốt không d ịch chuyển mặt bích -Nghiên cứu cớ sở lý thuyết trường hợp có dịch chuyển mặt bích phôi + Nghiên cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng: -Nghiên cứu thiết kế công nghệ -Tính toán các thông số công nghệ của bộ khuôn như: áp lực thủy tĩnh trong quá trình tạo hình, lực chặn phôi -Thiết kế, tính toán lự a chọn phần tử của bộ đo các thông số công nghệ + Chế tạo hệ thống khuôn và dập thử nghiệm -Chế tạo, lắp ráp bộ chặn phôi -Lắp ráp bộ đo thông số công nghệ: áp suất trong xilanh, áp suất tạo hình -Lắp ráp, kết nối toàn bộ hệ thống khuôn và tiến hành dập thử, hiệu chỉnh khuôn. 3 II. Tình hình thực hiện kinh phí nghiên cứu Kinh phí đề tài đã được thực hiện theo đúng dự toán trong thuyết minh đăng kí trong hợp đồng “Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” 2011. Toàn bộ kinh phí hỗ trợ từ nguồn ngân sách nhà nước đã được sử dụng hết. III. Kết luận và kiến nghị: Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành các nội dung đã đăng kí thự c hiện. Đề nghị được phép bảo vệ trước hội đồng nghiệm thu cấp bộ Hà nội, ngày 15 tháng 11 năm 2011 Chủ nhiệm đề tài Ths. Đinh Văn Duy Mục lục I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC 7 I.1 Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy lực.7 4 I.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 7 I.1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 8 I.2 Công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập tạo hình thủy lực (Hydroforming) 11 I.2.1 Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing)11 I.2.1.1 Khái niệm và đặc điểm 11 I.2.1.2 Sự khác biệt giữa dập thủy cơ và dập vuốt thông thường (chày cứng – cối cứng): 13 I.2.1.3 Các phương pháp dập thủy cơ 17 I.2.1.4 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy cơ 18 I.2.2 Phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm (Internal high pressure sheet metal forming; Hydrostatic forming) 19 I.2.2.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm 19 I.2.2.2 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy tĩnh 25 I.2.3 Dập thủy tĩnh phôi ống 26 I.2.3.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 26 I.2.3.2 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy tĩnh phôi ống 31 I.2.4 Các thiết bị trong hệ thống dập tạo hình thủy lực áp suất cao 32 I.2.4.1 Máy ép thủy lực 33 I.2.4.2 Hệ thống tăng áp (pressure intensifier) 35 5 I.2.4.3 Hệ thống điều khiển, đo lường 37 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM 37 II.1 Những vấn đề chung 37 II.2 Dập vuốt không dịch chuyển phần mặt bích 46 II.3 Dập vuốt có dịch chuyển mặt bích phôi 67 III. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUÔN DẬP CẶP CHI TIẾT DẠNG TẤM MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG ÁP SUẤT CAO 71 III.1 Phương pháp dập tạo hình cặp phôi tấm bằng nguồn chất lỏng áp suất cao (dập tạo hình thủy tĩnh cặp phôi tấm) 71 III.2 Thiết kế công nghệ dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao. 72 III.2.1 Dập bằng phương pháp thông thường (chày cứng – cối cứng) 73 III.2.2 Dập bằng phương pháp dập thủy thủy tĩnh cặp vật liệu tấm74 III.3 Tính toán công nghệ trong dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao. 75 III.3.1 Tính toán phôi 75 III.3.2 Áp suất chất lỏng 75 III.3.3 Lực chặn phôi 76 III.3.4 Bán kính lượn của cối r c 76 III.3.5 Tính toán thiết bị chặn thủy lực 77 III.3.6 Kiểm nghiệm độ bền tấm chặn 81 III.3.7 Thiết kế, lựa chọn hệ thống thủy lực của bộ khuôn 82 6 III.3.7.1 Hệ thống tăng áp 82 III.3.7.2 Xây dựng các phần tử thuỷ lực của bộ nguồn cấp xilanh 85 III.3.8 Thiết kế, lựa chọn các phần tử của bộ đo các thông số công nghệ của khuôn (áp suất trong cối, lực chặn) 89 III.4 Thiết kế, chế tạo, lắp ráp khuôn 92 III.4.1 Lắp ráp, kết nối toàn bộ hệ thống khuôn 95 III.4.1.1 Lắp ráp hệ thống chặn 95 III.4.1.2 Kết nối toàn bộ hệ thống khuôn dập cặp chi tiết từ phôi tấm bằng nguồn chất lỏng áp cao 96 III.5 Dập thử, hiệu chỉnh khuôn 98 III.5.1 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 98 III.5.2 Dập thử và hiệu chỉnh 99 III.5.3 Dánh giá phương pháp dập thủy tĩnh cặp phôi sau khi dập thử nghiệm 105 IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined. LỜI MỞ ĐẦU Phương pháp dập tạo hình thủy lực tạo hình các chi tiết dạng tấm, ống có hình dạng phức tạp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, quân sự… nhờ những ưu điểm nổi bật: tăng khả năng biến dạng của vật liệu, nâng cao độ chính xác cũng như 7 chất lượng bề mặt, độ dày vật liệu được đảm bảo, cơ – lý tính của vật liệu tốt. Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán công nghệ, thiết kế chế tạo khuôn dập sử dụng nguồn chất lỏng áp cao vẫn chưa được nghiên cứu một cách tổng quát cũng như ứng dụng vào thực tế sản xuất tại Việt Nam. Đề tài “Nghiên cứu công nghệ , thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao” có ý nghĩa thực tiễn và lý thuyết cao. Nội dung thực hiện của đề tài là: - Nghiên cứu công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập bằng chất lỏng - Nghiên cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng (Một giá trị chiều dày tấm trong khoảng 0,5 -:- 1,5 mm). - Chế tạo hệ thống khuôn và dập thử nghiệm Nhóm đề tài hy vọng, thông qua việc thực hiện đề tài s ẽ từng bước làm chủ việc thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp cao, đặc biệt là đối với các dạng cặp chi tiết dạng tấm mỏng, góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa hóa các mặt hàng công nghiệp trong nước, giúp các doanh nghiệp chủ động về công nghệ, chế tạo các dạng chi tiết đặc biệt từ phôi tấm và phôi ống. Nhóm thự c hiện đề tài CÁC NỘI DUNG CHÍNH I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC I.1Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy lực I.1.1Tình hình nghiên cứu trong nước 8 Ở Việt Nam công nghệ dập bằng môi trường chất lỏng mới ở giai đoạn bắt đầu tìm hiểu công nghệ. Việc nghiên cứu về dập thủy lực cũng mới được đề cập đến trong một số đề tài nghiên cứu cấp nhà nước, bộ, cơ sở… như đề tài KC.05.19 – “Nghiên cứu áp lực cao làm việc trong phôi ống” của Viện công nghệ Bộ Quốc phòng, đề tài KC.05.23 – “Dập thủy động các chi tiết dụng cụ dập thể tích” của trường ĐHBK-HN, Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết đối xứng trục – Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7 - 2004, Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình tạo hình các chi tiết không gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ - luận văn th ạc sỹ tại ĐHBK-HN và Học viện KTQS… I.1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở trường Đại học Bách khoa Lêningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng hợp Quốc gia Sankt – Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng trong sản xuất. Kết quả của các nghiên cứu này đã được đăng trong các công trình khoa học ở Nga và các nước khác …Tại Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành công và đưa vào áp dụng công nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng ôtô ở Đức và một số nước Châu Âu. Đã có 120 bài báo, 90 phát minh được công bố từ năm 1996 – 2003. Điều này đã chứng minh cho một khuynh hướng phát triển về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo hình thủy lực. Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đang áp dụng có hiệu quả phương pháp tạo hình thủy lự c để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp. Đặc điểm của phương pháp là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng. Phôi ban đầu có thể là kim loại tấm, dạng ống hoặc tấm hàn. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này được bắt đầu từ những năm 60, song tới tận những năm 80 của thế kỷ 20 thì nó mới được nghiên cứu và áp d ụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể. Tại hàng loạt các nước như Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Thụy Điển đã ứng dụng 9 công nghệ tạo hình thủy cơ trong công nghiệp ôtô và hàng không. Nhiều hội nghị Quốc tế đã giới thiệu công nghệ này với sự tham gia của các thành viên là các hãng và tổ chức lớn. Tại hội nghị Quốc tế “ESAFORM 2003” ở thành phố Xalernơ (Italia) về công nghệ gia công kim loại thì phương pháp công nghệ thủy lực đã gây được sự chú ý lớn. Một trong số các chuyên gia nổi tiếng trong lĩnh vực tạ o hình bằng thủy lực như giáo sư Clauxzighert người Đức nói “Công nghệ tạo hình thủy lực ngày nay là một trong các đề tài ý nghĩa nhất của công nghệ sản xuất”. Hiện nay, ở trường Đại học Giao thông – Tây An (Trung Quốc) có nhiều nghiên cứu sinh đang làm các đề tài về dập thủy cơ và thủy tĩnh. Điều này chứng tỏ dập tạo hình thủy lực đang thu hút sự quan tâm chú ý của các nước công nghi ệp phát triển trên thế giới. Ngày nay, do đòi hỏi về tính kinh tế và môi trường, xu hướng tiến tới cấu trúc nhẹ (lightweight construction) cũng như nhu cầu về dạng cấu trúc nhẹ ngày càng tăng đòi hỏi công nghệ tạo hình phải đáp ứng cho nó. Một bước tiến quan trọng vượt qua những giới hạn của công nghệ tạo hình truyền thống là quá trình tạo hình thủy lực, nó được đặc trư ng bởi tính linh động cao, cho phép chế tạo những hình dạng chi tiết phức tạp ngay cả khi sử dụng thép hợp kim độ bền cao hoặc hợp kim nhôm và mangan nhẹ. Tương phản với tạo hình thủy lực của ống và những profile khác được biết đến nhiều trong sản xuất công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm được giới hạn trong một vài trường h ợp riêng biệt ở quá khứ mặc dù những thuận lợi về công nghệ đã có nhiều thay đổi. Từ năm 2000, môi trường làm việc được dựa trên cơ sở quá trình tạo hình kim loại tấm (với khí và nước – dầu – nhũ tương như những môi trường làm việc) đã được phối hợp nghiên cứu trong chương trình DFG Priority Programme SPP 1089 “Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung”. Công việc nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiế t bị, thiết kế [...]... Métallurgie) 10 I. 2Công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập tạo hình thủy lực (Hydroforming) Dập tạo hình thủy lực là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng công tác có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào phôi tấm hoặc phôi ống để tạo hình chi tiết Chất lỏng công tác được sử dụng ở đây có thể là dầu, nước hoặc emunxi Dập tạo hình thủy lực (Hydroforming) Dập tạo hình thủy lực phôi tấm Dập thủy cơ (Hydromechanic)... thống dập tạo hình thủy lực áp suất cao Tùy theo phương pháp dập tạo hình thủy lực như: Dập thủy tĩnh, dập thủy cơ Hệ thống dập tạo hình thủy lực áp suất có các thành phần sau: -Máy ép thủy lực -Hệ thống tăng áp -Hệ thống điều khiển, đo lường 32 Hình 1.17 Các thành phần hệ thống dập thủy tĩnh phôi ống I.2.4.1Máy ép thủy lực Trong công nghệ dập tạo hình thủy lực, để tạo ra lực đóng khuôn, lực chặn, lực dập. .. được sử dụng trong công nghệ dập thủy cơ, thủy tĩnh phôi tấm 34 Hình 1.19 Máy ép thủy lực tác động kép I.2.4. 2Hệ thống tăng áp (pressure intensifier) Hệ thống tăng áp có tác dụng tạo ra nguồn chất lỏng áp suất cao để tạo hình chi tiết, thông thường quá trình tạo hình nằm trong dải áp suất từ 15.000psi (1034) đến 60.000psi (4137bar) Ngày nay người ta có thể chế tạo được hệ thống tăng áp đến 10.000bar... đầu cao Với những nhược điểm trên, phương pháp dập thủy tĩnh chủ yếu được áp dụng để sản xuất các chi tiết có chi u sâu không lớn 22 Nguyên lý của quá trình dập thủy tĩnh cặp phôi (Double blank) Bước 1 Cặp phôi tấm được đưa vào cối và kết nối với cơ cấu cấp chất lỏng cao áp Lòng khuôn Chặn phôi Phôi 1 Cơ cấu cấp chất lỏng áp cao Phôi 2 Lòng khuôn Bước 2 Phôi được chặn nhờ bộ chặn phôi và chất lỏng cao. .. xác cao và được chế tạo từ vật liệu có cơ tính ổn định trong điều kiện áp suất lớn - Trang thiết bị thủy lực cho dập thủy cơ được thiết kế và chế tạo phức tạp nên chi phí ban đầu khá cao I.2.1.3 Các phương pháp dập thủy cơ a) b) 17 c) d) e) g) Hình 1.7 Sơ đồ đặc trưng cho quá trình dập thủy cơ chi tiết thành mỏng 1: chất lỏng; 2: gioăng; 3: chày; 4: phôi; 5: tấm chặn; 6: rãnh dẫn; 7: đường chất lỏng. .. lòng khuôn Đối tượng của CNDTT là các loại phôi tấm hoặc phôi ống Với các loại phôi tấm thì quá trình tạo hình bằng công nghệ dập thủy tĩnh thực chất giống với quá trình dập vuốt phôi tấm trong gia công áp lực Ưu điểm chính so với dập vuốt thông thường là chỉ cần biên dạng của cối còn chất lỏng đóng vai trò là chày, và tạo hình các chi tiết ngóc ngách rất phức tạp mà công nghệ dập vuốt truyền thống. .. vành mép của chi tiết (Khi dập có dịch chuyển mặt bích) - Dụng cụ gia công phải có độ chính xác cao và được chế tạo từ vật liệu có cơ tính ổn định trong điều kiện áp suất lớn - So với dập thủy cơ, phương pháp dập thủy tĩnh yêu cầu phải có bộ nhân áp (Pressure intensifier) để cung cấp chất lỏng công tác áp suất cao (trên thế giới đã chế tạo được thiết bị tăng áp đến 10.000bar), cho nên yêu cầu chi phí đầu... Đưa chi tiết đã được dập ra ngoài 21 Theo phương pháp dập tạo hình thủy tĩnh phôi đơn thì chày chất lỏng sẽ tạo hình sản phẩm theo lòng cối, còn trong dập vuốt thủy cơ thì chày cứng và cối là chất lỏng, sản phẩm sẽ được tạo hình theo biên dạng của chày * Ưu nhược điểm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi đơn + Ưu điểm: - Nâng cao độ chính xác chi tiết dập - Tránh được trày xước trên bề mặt - Tiết kiệm chi. .. các thiết bị đo lường, ống nối trong ôtô 28 Nhóm II: Thân các thiết bị chịu áp lực và các dụng cụ khác Trong các chi tiết này có nhiều chi tiết gần giống với các chi tiết trong nhóm I Bằng công nghệ dập thuỷ tĩnh người ta chế tạo được phôi thân của các chi tiết Nhóm III: Trục bậc rỗng Nhìn chung các chi tiết này có tiết diện dọc nhiều bậc Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thuỷ... chất lỏng ra; 9: cối a: Tạo hình chi tiết có dập nổi phức tạp ở đáy và ở vành; b: Dập vuốt chi tiết thành hình trục có dịch chuyển gân vuốt thủy lực; c: Tạo hình chi tiết dạng vỏ bằng chày thủy cơ; d: Dập trong cối thủy cơ; e, g: Dập thủy cơ ngược (a, b: từ phôi phẳng; e – f: từ phôi không gian) I.2.1.4Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy cơ a) Các chi tiết vỏ ôtô: 18 Hình 1.8 Chi tiết . KHUÔN DẬP CẶP CHI TIẾT DẠNG TẤM MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG ÁP SUẤT CAO 71 III.1 Phương pháp dập tạo hình cặp phôi tấm bằng nguồn chất lỏng áp suất cao (dập tạo hình thủy tĩnh cặp phôi tấm) . cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng: -Nghiên cứu thiết kế công nghệ -Tính toán các thông số công nghệ của bộ khuôn như: áp lực thủy. dụng của phương pháp dập bằng chất lỏng - Nghiên cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng (Một giá trị chi u dày tấm trong khoảng