GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện nay, việc sử dụng máy móc và thiết bị cơ khí thay thế sức lao động con người trong sản xuất đã trở nên phổ biến Việc áp dụng máy móc không chỉ giúp giải phóng sức lao động mà còn nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm một cách đáng kể.
Quá trình tạo hình kim loại là yếu tố then chốt trong gia công cơ khí, giúp hình thành các chi tiết máy theo yêu cầu sản xuất Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm tăng nhu cầu về chất lượng sản phẩm gia công trong công nghiệp, đặc biệt là ống kim loại trong ngành đóng tàu và dầu khí Với yêu cầu về hình dạng ngày càng phức tạp nhưng số lượng sản phẩm không lớn, cần có phương pháp gia công tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa quy trình sản xuất để phù hợp với sản xuất nhỏ lẻ.
Công nghệ tạo hình ống kim loại hiện tại sử dụng vật liệu nén là cao su dạng hạt, nhưng chưa tối ưu do cần lực nén lớn Để cải tiến quy trình, việc thay thế vật liệu nén bằng chất lỏng, cụ thể là bóng cao su chứa nước, sẽ giúp giảm đáng kể lực ép cần thiết Khả năng truyền lực của nước sẽ tốt hơn và đều hơn, cho phép tạo hình ống kim loại với nhiều biên dạng phức tạp hơn so với việc sử dụng cao su.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Công nghệ hydroforming, một phương pháp sử dụng áp lực của môi trường chất lỏng để tạo hình biên dạng theo khuôn, đang ngày càng phát triển và được áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, chi phí cao của phương pháp này hiện tại chỉ phù hợp cho sản xuất hàng loạt Điều này cho thấy rằng đặc tính của chất lỏng rất phù hợp trong quá trình tạo hình kim loại.
Việc áp dụng bóng cao su làm vật liệu nén trong công nghệ tạo hình ống kim loại không chỉ nâng cao hiệu quả tạo hình mà còn giảm lực tác động trong quy trình ép, mang lại lợi ích rõ rệt cho ngành công nghiệp chế tạo.
Phương pháp tạo hình bằng bóng cao su cho phép sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp với quy trình đơn giản và chi phí thấp, rất phù hợp cho việc sản xuất đơn chiếc Phương pháp này có thể được áp dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau, bao gồm đóng tàu và công nghiệp dân dụng.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tính toán và thiết kế, gia công dụng cụ để đưa vật liệu nước vào thực nghiệm
- Ép thử nghiệm và tìm ra phương pháp tối ưu nhất
- Ép thí nghiệm các trường hợp, đo lực, sau đó vẽ và đánh giá biểu đồ
- So sánh, nhận xét với phương pháp trước
- Ép tạo hình và nhận xét kết quả.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại dạng ống
- Đặc tính, khả năng truyền tải lực của vật liệu sử dụng để nén – nước
- Tìm phương pháp, thiết kế, gia công dụng cụ để đưa vật liệu nước vào quy trình
- Ép và nhận xét khả năng ứng dụng của nước
- Công nghệ vật liệu, phương pháp tăng khả năng biến dạng cho vật liệu
- Dựa trên phương pháp tạo hình ống kim loại bằng vật liệu nén đàn hồi – cao su hạt
- Công nghệ hydroforming trong tạo hình ống kim loại.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
- Dựa trên công nghệ tạo hình ống kim loại bằng cách nén cao su dạng hạt
- Nghiên cứu các đặc tính của chất lỏng thông qua những phương pháp tạo hình hiện nay
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Dựa trên phương pháp tạo hình ống kim loại bằng cách nén cao su dạng hạt
- Nghiên cứu vật liệu thay thế tốt hơn cao su – chất lỏng
- Nghiên cứu phương pháp thay thế cao su bằng chất lỏng
- Thực nghiệm, nhận xét kết quả
- Ép tạo hình ống kim loại và nhận xét khả năng tạo hình
Kết cấu của ĐATN
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về tạo hình ống kim loại
Chương 5: Đề xuất công nghệ tạo hình ống kim loại bằng bóng cao su
Chương 6: Thí nghiệm đo lường áp suất đẩy của bóng cao su
Chương 7: Kết luận – Đề nghị
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Ép tạo hình ống kim loại bằng chất lỏng là một phương pháp hiệu quả cho việc tạo ra các biên dạng phức tạp nhờ vào khả năng không thay đổi thể tích và tính linh hoạt của chất lỏng Việc sử dụng chất lỏng trong quá trình ép tạo hình ống rất phù hợp, tuy nhiên, việc đảm bảo môi trường kín và duy trì lượng chất lỏng nguyên vẹn trong suốt quá trình ép là một thách thức lớn Do đó, các phương pháp ép tạo hình bằng chất lỏng hiện nay thường yêu cầu chi phí đầu tư cao.
Chúng em đã phát triển một phương pháp mới trong việc tạo hình ống kim loại bằng cách kết hợp nghiên cứu về vật liệu đàn hồi và công nghệ hidroforming, mang lại hiệu quả cao hơn và chi phí đầu tư thấp hơn so với việc sử dụng vật liệu đàn hồi truyền thống.
Đặc tính của hệ thống
Với những ưu điểm và hạn chế sau:
+ Hệ thống máy có kết cấu đơn giản, dễ dàng vận hành
+ Cứng cáp, chắc chắn chịu được tải lớn
+ Khoảng ép khá rộng có thể ép tạo hình được nhiều kích cỡ sản phẩm
+ Hệ thống không linh hoạt nếu xảy ra vấn đề trong quá trình ép Phải tháo khuôn ra hoàn toàn mới có thể giải quyết được
+ Trọng lượng khá lớn và không thể di chuyển bằng sức người dễ dàng được
Lực sinh ra khi ép bóng cao chủ yếu là lực dọc trục, do đó, việc tác động lực bằng con đội có những hạn chế đáng kể khi cần sử dụng lực lớn.
Kết cấu của hệ thống
Phương pháp tạo hình này có kết cấu hệ thống ép khá đơn giản, dễ hiểu
Hình 2.1: Hệ thống máy ép
- Ti trượt: cố định các tấm chặn, cho phép các tấm chặn có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng
- Bạc trượt: hỗ trợ các tấm chặn di tốt hơn và êm hơn
- Vị trí đặt khuôn tạo hình: không gian đặt khuôn tạo hình có thể thay đổi linh hoạt nhờ khả năng di chuyển của các tấ chặn
- Chày: truyền lực từ con đội vào khuôn
- Tấm chặn trên: giữ cố định cho khuôn và chày, có thể di chuyển
- Tấm chặn dưới: Giữ cố định cho khuôn và chày, khác với tấm chặn trên, tấm chặn dưới được giữ cố định, không di chuyển được.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Quá trình hyfroforming lần đầu tiên được ghi nhận vào năm 1939 bởi Grey et al., nhằm chế tạo các nhánh kim loại T và X liền mạch từ đồng ống Đến những năm 1950, quy trình công nghiệp này được áp dụng lần đầu tiên với bằng sáng chế của Milton Garvin từ công ty Schaible, Cincinnati.
Hydroforming là một phương pháp dập khuôn sử dụng áp lực chất lỏng cao để tạo hình vật liệu ở nhiệt độ phòng Quá trình này bắt đầu với việc đặt một ống nhôm rỗng vào khuôn âm có hình dạng mong muốn, sau đó bơm chất lỏng áp suất cao vào ống, khiến nó giãn nở và khớp với khuôn Phương pháp này cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao, điều mà khuôn dập liền khối không thể thực hiện Các bộ phận được tạo hình bằng hydro thường có tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn so với phương pháp dập truyền thống Hầu hết các kim loại có khả năng tạo hình nguội, như nhôm, đồng thau, thép không gỉ và các hợp kim bền cao, đều có thể được hydroforming.
Lưu chất Khuôn dưới van
Hình 2.2: Tạo hình ống bằng phương pháp hyfroforming
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén cao su
Vật liệu nén đàn hồi: cao su dạng hạt như trong hình bên dưới:
Hình 2.3: Cao su dạng hạt Trong mô hình thực hiện nghiên cứu gồm các thành phần:
- Ống kim loại: ống đồng độ dày 1mm
- Khuôn tạo hình được ghép lại
- Chày ép lực được tác động từ máy ép thuỷ lực lên cao su nén lại và đàn hồi tạo ra hình mong muốn
Lắp đặt khuôn vào hệ thống và canh chỉnh đúng vị trí là bước quan trọng để đảm bảo thí nghiệm diễn ra như mong muốn Hành trình chày ép được thực hiện bằng con đội thuỷ lực theo phương thẳng đứng, tạo ra lực nén lên cao su và áp lực trong lòng khuôn Ống kim loại trong khuôn sẽ phình ra theo hình dạng thiết kế sẵn Để nén cao su thành một khối, lực tác động lên chày sẽ rất lớn.
Lực sẽ phân tán để lấp đầy các khoảng trống trước khi đạt được áp suất đủ lớn trong khuôn để làm biến dạng ống Sau khi hoàn tất quá trình tạo hình, cần xả hơi con đội thủy lực để chày trở về vị trí ban đầu và cao su đàn hồi trở lại trạng thái nguyên thủy Cuối cùng, mở khuôn và lấy ống ra để thu được sản phẩm, hoàn thành một chu trình.
Các tồn tại của hệ thống
Nội dung bài viết phát triển từ phương pháp tạo hình ống kim loại bằng vật liệu nén đàn hồi – cao su Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trên các hệ thống kế thừa từ nhóm nghiên cứu trước.
- Ống thí nghiệm, khuôn tạo hình
- Các thiết bị đo lực
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Công nghệ hidroforming
Hydroforming là một phương pháp tạo hình kim loại hiệu quả bằng cách sử dụng áp suất chất lỏng, được phát triển vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 Phương pháp này cho phép sản xuất các bộ phận có hình dạng không đối xứng hoặc không đều với chi phí hợp lý, điều mà phương pháp dập truyền thống không thể thực hiện Hầu hết các loại kim loại có khả năng tạo hình nguội, như nhôm, đồng thau, carbon, thép không gỉ, đồng và các hợp kim bền cao, đều có thể được chế tạo bằng công nghệ hydroforming.
Hydroforming là một quy trình tạo hình kim loại có nhiều ưu điểm so với các quy trình tạo hình nguội truyền thống :
- Khả năng tạo các thành phần phức tạp hơn với ít thao tác hơn
- Đối với một số loại hình học nhất định, công nghệ hydroforming tạo ra các bộ phận có trọng lượng nhẹ hơn, có đặc tính cứng hơn, rẻ hơn
- Hạn chế được lượng kim loại thừa
Hydroforming ống thường bắt đầu với ống tròn thẳng, mặc dù các hình dạng khác cũng có thể được áp dụng Hình tròn mang lại nhiều lựa chọn thiết kế bộ phận nhất Quá trình tạo hình trước thường bao gồm việc uốn ống để phù hợp với bố cục tổng thể của sản phẩm cuối cùng mong muốn.
Quá trình hydroforming ống được thực hiện như sau:
- Bắt đầu bằng một ống kim loại hình trụ rỗng
- Ống được đặt trong lòng khuôn, sau đó được bơm đầy chất lỏng
- Hai đầu là hai nút chặn vừa là đầu vào của chất lỏng vừa thực hiện trượt để tạo ra áp suất tạo hình cho ống
Quá trình hydroforming ống bao gồm các biến chính như chu kỳ áp suất chất lỏng, áp suất dọc trục (hoặc chuyển vị), điều kiện bôi trơn (ma sát) và nhiệt độ Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Hình 3.2: Sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp Hdroforming
Các hoạt động hydroforming ống có thể diễn ra ở cả áp suất cao và thấp Áp suất cao cho phép giãn nở tối đa, tuy nhiên, độ mỏng của vật liệu sẽ tăng theo tỷ lệ với sự mở rộng hình học Trong khi đó, hydroforming áp suất thấp được thực hiện bằng cách nạp chất lỏng có áp suất vào ống, sau đó sử dụng lực ép từ hai đầu để đưa ống sát vào lòng khuôn.
Hình 3.3 minh họa quá trình hidroforming ống áp suất thấp, cho thấy sự thay đổi chiều dày của ống sau khi tạo hình Cụ thể, những vị trí được đẩy ra nhiều sẽ có chiều dày giảm hơn so với chiều dày ban đầu.
Figure 3.4 illustrates the variation in wall thickness of a tube made from aluminum alloy with axial symmetry, highlighting key findings from the research conducted by Ahmetoglu et al (2000) on tube hydroforming, which emphasizes its current applications and the necessity for specialized training in this field.
Hình 3.5: Đường viền biến đổi độ dày thành chữ Y (Cheng DM, Teng BG, Guo B, Yuan S
(2009) Thickness distribution of a hydroformed Y-shape tube Mater Sci Eng A 1(449): 36 –
Các phương pháp làm phình ống kim loại
Quá trình làm phình đầu ống sử dụng các thiết bị như chày kim loại, khối chất lỏng và bộ khuôn bên ngoài, được minh họa rõ ràng trong hình 3.5.
Chày kim loại có nhiệm vụ truyền lực từ con đội thủy lực vào trong khuôn tác động lên khối chất lỏng
Khối chất lỏng được đặt bên trong ống kim loại, khi có áp suất nó sẽ biến dạng và tác động tạo hình lên ống kim loại
Khuôn được lắp đặt giữa hai tấm thép, trong đó tấm thép phía trên sẽ được gia công lỗ theo kích thước của chày kim loại để cho phép chày di chuyển Bề mặt khoang khuôn được đánh bóng nhằm giảm ma sát trong quá trình tạo hình, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
Khi ép tạo hình chày kim loại, lực ép được truyền vào khoang khuôn, tác động lên khối chất lỏng Dưới áp suất, khối chất lỏng biến dạng và tạo ra lực đẩy ống kim loại sát vào thành khuôn, từ đó hình thành ống kim loại.
Hình 3.6: Sơ đồ thiết bị làm phình ống
Hình 3.7: Ống dạng phình đầu
Quá trình làm phình giữa ống sử dụng thiết bị tương tự như làm phình đầu ống, nhưng có một số khác biệt Hai chày kim loại được sử dụng để ép từ hai đầu khuôn, và khuôn có thể chia thành hai hoặc nhiều phần để dễ lắp ráp Lượng chất lỏng cần thiết cho quá trình này ít hơn so với khi làm phình đầu ống.
Quy trình làm phình giữa ống tương tự như làm phình đầu ống, trong đó hai chày kim loại truyền lực ép vào khoang khuôn, tác động lên chất lỏng Chất lỏng sẽ biến dạng và đẩy ống kim loại ra sát thành khuôn Việc sử dụng hai nguồn lực không chỉ phù hợp với phương pháp mà còn giúp quá trình tạo hình diễn ra nhanh hơn, đồng đều hơn và nâng cao hiệu quả tạo hình.
Trong quá trình ép, việc bôi trơn giữa ống và khuôn có vai trò quan trọng, quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm Bôi trơn giúp giảm ma sát, cho phép các bộ phận máy hoạt động mượt mà hơn Một lớp bôi trơn mỏng, nếu được áp dụng đúng cách, không chỉ kéo dài tuổi thọ máy móc mà còn nâng cao hiệu suất làm việc Sử dụng bôi trơn hợp lý còn giúp giảm tiêu hao năng lượng Ngược lại, ma sát giữa khuôn và ống có thể gây ra hiện tượng không mong muốn, làm giảm chiều dài ống và ảnh hưởng đến khả năng đùn kim loại của vật liệu.
Hình 3.9: Ống dạng phình giữa
Quá trình uốn ống đơn giản và hiệu quả, bắt đầu bằng việc đặt chất lỏng vào bên trong ống và đặt ống vào khuôn cứng Một chày bậc tạo áp suất dọc trục vào đầu ống, giúp đẩy ống và chất lỏng vào lỗ khuôn Áp suất bên trong tác động lên chất lỏng, trong khi một bộ phận lực ở đầu kia điều khiển chuyển động của ống Khi áp suất dọc trục được duy trì, ống từ từ di chuyển vào khuôn và uốn cong Chất lỏng không chỉ giảm ma sát mà còn ngăn ngừa sự nhăn và vênh của ống trong khu vực uốn Để dễ dàng tháo ống sau khi uốn, khuôn có thể được thiết kế thành nhiều bộ phận chia nhỏ.
Chất lỏng Ống Chày Khuôn
Vật liệu
Thép không gỉ, hay inox, là loại thép có khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt trong môi trường axit, do đó rất quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm Với tính ổn định hoàn toàn trong khí quyển, thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng như vỏ đồng hồ, kẹp tóc, đồ gia dụng như xoong, nồi, bếp, bồn rửa, và cả trong trang trí nội thất như cửa và cột.
Inox 304 là loại thép không gỉ austenite với thành phần chính bao gồm 0.08%C, 18-20%Cr, 8-10,5%Ni và 2%Mn Loại inox này nổi bật với khả năng chống ăn mòn, có thể chịu được HNO3, H2SO4 ở mọi nồng độ và nhiệt độ thường, cũng như HCl loãng ở nhiệt độ thường Về mặt cơ tính và công nghệ, inox 304 có độ dẻo cao và khả năng hóa bền biến dạng mạnh, giúp tăng cường độ bền và độ cứng vững của sản phẩm.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI
Yêu cầu của đề tài
Nghiên cứu và phát triển các phương pháp ứng dụng công nghệ hidroforming trong việc tạo hình ống kim loại, thực hiện nhiều thử nghiệm để xác định phương pháp tối ưu Tiến hành đo lực để so sánh hiệu quả với các phương pháp truyền thống, đồng thời thực hiện các mẫu thử nghiệm nhằm chứng minh tính khả thi của phương pháp mới trong thực tế.
Phương hướng và giải pháp thực hiện
4.2.1 Phương án 1 Ống cao su chứa nước: với mong muốn ứng dụng công nghệ hidroforming vào tạo hình ống kim loại nên nhóm đã đưa ra ý tưởng về một lớp vỏ ngoài có thể chứa chất lỏng và có khả năng đàn hồi Và cao su chính là vật liệu mà nhóm đã hướng tới đầu tiên
- Thiết kế nắp vặn hai đầu ống cao su
Các công việc đã thực hiện:
Nhóm đã quyết định tạo ống cao su bằng cách sử dụng ruột xe đạp và xe máy cũ Tuy nhiên, kích thước cố định của ruột xe hạn chế khả năng linh hoạt cho nhiều loại khuôn Để khắc phục vấn đề này, nhóm đã chọn sử dụng tấm cao su cuộn tròn và kết dính bằng keo, giúp thay đổi kích thước một cách linh hoạt.
→ Sử dụng tấm cao su cuộn tròn lại thành hình ống
Hình 4.1: Quy trình tạo ống cao su
Nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các loại keo có khả năng kết dính tấm cao su, đặc biệt là keo dùng để vá ruột xe Tuy nhiên, qua thực nghiệm, các loại keo này không đạt hiệu quả như mong đợi Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm đã phát hiện ra keo 480 dán cao su đen siêu dính, có khả năng sửa chữa hiệu quả vỏ xe ô tô và xe máy.
Hình 4.2: Keo 480 dán cao su đen
- Thiết kế nắp vặn: Với mục đích kẹp chặt hai đầu ống cao su không để chất lỏng bên trong tràn ra ngoài nên nhóm đã có hai ý tưởng:
Ý tưởng 1: Thiết kế nắp vặn theo hướng luồng ống cao vào trong nắp rồi vặn kẹp chặt lại
Hình 4.5: Nắp vặn ý tưởng 1 Cách sử dụng:
- Luồng ống cao su vào bên trong nắp sau đó vạch ra theo hướng ngoài bao lấy đầu nắp
Hình 4.6: Luồng ống cao su
- Sử dụng phần còn lại của nắp vặn cố định lại
Hình 4.7: Vặn chặt cố định một đầu ống cao su
- Cho nước vào ống cao su và thực hiện vặn nắp với đầu còn lại
Hình 4.8: Hoàn thành ống cao su ý tưởng 1
Ý tưởng 2: Để một phần của nắp vào bên trong ống cao su, phần còn lại bọc bên ngoài sau đó vặn chặt bằng ốc
Hình 4.11: Nắp vặn ý tưởng 2 Cách sử dụng:
- Cho phần trong của nắp vào trong ống cao su
Hình 4.12: Phần trong của nắp trong ống cao su
- Gập ống cao su bao lấy phần đầu của nắp, sử dụng băng keo đen để cố định
Hình 4.13: Cố định bằng băng keo đen
- Lắp phần nắp còn lại lên và siết chặt với ốc
Hình 4.14: Vặn chặt bằng ốc
- Cho nước vào đầy ống và vặn tiếp nắp ở đầu còn lại
Hình 4.15: Hoàn thành ống cao su ý tưởng 2
Nhận xét: Phương pháp này đã ứng dụng được công nghệ hidroforming vào tạo hình ống Nhưng còn khá nhiều hạn chế:
- Ống cao su thường bị gãy khi ép
- Do thường bị gãy nên lực tạo hình không đều
→ Khó ứng dụng vào thực tế
Lưu ý: Khi thực hiện phương pháp này cần bôi trơn mặt ngoài của ống cao su để giảm ma sát giữa ống cao su và thành khuôn
Bóng cao su chứa nước được phát triển với mục tiêu tạo ra một khối cầu đàn hồi có khả năng chứa chất lỏng, nhằm khắc phục những nhược điểm của ống cao su truyền thống Ý tưởng này mang lại giải pháp mới cho các vấn đề liên quan đến tính linh hoạt và độ bền trong việc sử dụng vật liệu cao su.
Cách thực hiện: Sử dụng một quả bong bóng có chứa nước, sau đó tạo thêm nhiều lớp bong bóng bên ngoài để tăng độ chắc chắn
Các công việc thực tế đã làm:
Nhóm đầu tiên tập trung vào việc sử dụng các loại bong bóng dài Tuy nhiên, việc sử dụng bong bóng dài gặp khó khăn trong việc tạo ra kích thước lớn, dẫn đến hạn chế trong khả năng linh hoạt cho nhiều loại khuôn khác nhau Hơn nữa, số lớp bao ngoài còn ít, chưa đủ để đảm bảo độ chắc chắn cần thiết.
Sử dụng nhiều bong bóng riêng lẻ bọc lên nhau là một phương pháp hiệu quả để tạo ra các kích thước khác nhau Phương pháp này cho phép bọc nhiều lớp, từ đó hình thành nên khối cầu chắc chắn.
→ Sử dụng nhiều bong bóng để bọc lên nhau
- Loại bong bóng sử dụng: là loại bong bóng tròn, lớn
Các bước để tạo ra quả bóng cao su chứa nước:
+ Bước 1: Cho nước vào bong bóng đầu tiên, thắt chặt đầu lại
+ Bước 2: Bọc thêm nhiều lớp bong bóng bên ngoài (khoảng 10-15 cái)
Hình 4.16: Bọc thêm lớp bong bóng + Bước 3: Kiểm tra độ chắc chắn của quả bóng
Hình 4.17: Ấn bóng cao su bằng tay
Nhận xét: Phương pháp này đã ứng dụng được công nghệ hidroforming vào tạo hình ống cao su
Lưu ý: Cần bôi bề mặt của bóng cao su để giảm ma sát giữa quả bóng với thành khuôn.
Lựa chọn giải pháp
Sau nhiều lần thử nghiệm hai phương án trên nhóm đã rút ra bảng so sánh :
Bảng 4.1: Bảng so sánh hai phương án STT Nội dung so sánh Ống cao su chứa nước Bóng cao su chứa nước
1 Thời gian chuẩn bị cho mỗi lần ép
Do cần thực hiện nhiều bước nên thời gian chuẩn bị lâu hơn, đòi hỏi sự tỉ mỉ cho từng bước
Do các bước khá đơn giản, không đòi hỏi cao nên không tốn nhiều thời gian
2 Chi phí Chi phí bỏ ra nhiều hơn Chi phí bỏ ra ít hơn
3 Khả năng ép tạo hình Lực truyền không đều Áp sát được thành ống nên lực truyền đều
4 Các vấn đề phát sinh khi thực nghiệm
Thường xuyên gãy ống, thỉnh thoảng bị bung đầu nắp, vỏ cao su dễ bị kẹt với tấm insert
Thỉnh thoảng bị kẹt với tấm insert
Nhóm đã quyết định sử dụng bóng cao su chứa nước cho các thí nghiệm tạo hình ống kim loại nhờ vào những đặc tính nổi trội của loại bóng này.
Trình tự các công việc tiến hành
- Thực nghiệm khảo sát lực ép bóng cao su trong quá trình tạo hình ống
- Ghi nhận kết quả, đánh giá, so sánh với phương pháp trước
- Ép tạo hình ống kim loại
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI BẰNG BÓNG CAO SU
Thiết bị thử nghiệm
Nhóm đã áp dụng công nghệ mới vào phương pháp tạo hình ống kim loại, tận dụng bộ khung, các bộ nghiên cứu và thiết bị đo lực từ nhóm trước để nâng cao hiệu quả.
Dùng để cố định các tấm kim loại phẳng, hướng các tấm kim loại này di chuyển theo một chiều duy nhất là chiều lên xuống Ưu điểm:
- Khung chắc chắn, chịu tải cao
- Khả năng lắp ráp dễ dàng
- Khả năng linh hoạt của khung không cao, trong các trường hợp bị kẹt khuôn thì phải tháo ra toàn bộ và lắp ráp lại, gây tốn thời gian
- Trong lượng của khung khá lớn, chắc chắn không thể di chuyển dễ dàng bằng sức người
Các ống khảo sát có chiều dài đồng nhất 360mm, nhưng khác biệt về đường kính và được khoan lỗ để kiểm tra lực Thông số chi tiết của các ống này được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 5.1: Bảng đường kính ống thí nghiệm Ống 1 Ống 2 Ống 3 Ống 4 Ống 5 Đường kính trong D (mm) 55 60 65 70 75 Ưu điểm:
- Ống thí nghiệm chắc chắn, chịu được lực ép lớn
- Cánh lắp ráp đơn giản dễ hiểu
- Ống thí nghiệm khá nặng nên việc lắp ráp tốn nhiều sức
- Bề mặt của ống sần sùi, cần sử dụng nhớt để bôi trơn khi thử nghiệm
Hình 5.1: Bộ ống thử nghiệm
Là các tấm chặn hai đầu khuôn có chiều dày bằng nhau 15mm và kính thước đường kính lần lượt 54mm, 59mm, 64mm, 69mm và 74mm
5.1.4 Ty đẩy Đường kính của ty đẩy lần lượt là 10mm, 12mm, 14mm, 16mm, 18mm
Con đội thuỷ lực hoạt động dựa trên nguyên lý áp suất của nước hoặc dầu, tận dụng sức mạnh của chất lỏng để thực hiện các công việc cần áp lực lớn Nhờ vào nguyên lý này, thiết bị mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, bao gồm độ bền cao và hiệu suất tối ưu Con đội thuỷ lực có khả năng nâng và di chuyển các vật nặng, bao gồm những vật cồng kềnh lên đến hàng trăm tấn, và thường được sử dụng tại các garage ô tô và xưởng sản xuất.
Hình 5.4: Con đội thủy lực
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Con đội thủy lực có ưu điểm nổi bật là khả năng tùy chỉnh linh hoạt Người sử dụng có thể điều chỉnh lượng chất lỏng và áp suất để kiểm soát chính xác quá trình làm việc, từ đó đạt được kết quả mong muốn Điều này mang lại tính linh hoạt và độ tin cậy cao trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Kích con đội thủy lực hoạt động phụ thuộc vào lực tạo ra bởi áp lực và cơ chế hoạt động chỉ sử dụng bằng Piston
Cơ chế đẩy lên: Khi Piston (2) dịch chuyển về phía dưới một đoạn L1, van một chiều
(3) được đóng lại và chất lỏng trong bình công tắc 1 đi vào xilanh nâng qua van một chiều
(4) Khi đó Piston (6) và vật tải F2 (ví dụ như ô tô) sẽ được nâng lên một đoạn L2
Khi Piston (2) di chuyển lên, van một chiều (4) sẽ đóng lại Sau đó, Piston (2) hạ xuống một đoạn L2 Để hạ Piston kích thủy lực số (6) và vật tải F2 (như ô tô), cần hạ khóa (5) để nối thông giữa xilanh và bình chứa.
Loadcell là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, nhờ vào khả năng đo lường chính xác và đáng tin cậy Chúng đóng vai trò thiết yếu trong việc kiểm soát và quản lý tải trọng, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện
Khái niệm "strain gage" đề cập đến một cấu trúc có khả năng biến dạng đàn hồi khi chịu lực, từ đó tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với mức độ biến dạng.
Loadcell là thiết bị thường được sử dụng để cảm nhận các lực lớn, bao gồm cả lực tĩnh và lực biến thiên chậm Tùy thuộc vào thiết kế, một số loại loadcell còn được chế tạo để đo các lực tác động mạnh.
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Loadcell bao gồm hai thành phần chính: "Strain gage" và "Load" Strain gage là một điện trở đặc biệt, kích thước nhỏ như móng tay, có khả năng thay đổi điện trở khi bị nén hoặc kéo dãn Nó được cung cấp năng lượng từ một nguồn điện ổn định và được gắn chặt lên "Load", một thanh kim loại đàn hồi chịu tải.
Strain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi
Hình 5.6: Cấu tạo của strain gauge Trong đó:
Điện trở của strain gauge (Ohm) phụ thuộc vào chiều dài (m) và tiết diện (mm²) của sợi kim loại, cũng như điện trở suất vật liệu của sợi kim loại đó.
Khi dây kim loại chịu tác động của lực, điện trở của nó sẽ thay đổi Cụ thể, khi dây bị nén, chiều dài của strain gauge giảm và điện trở giảm xuống; ngược lại, khi dây bị kéo dãn, chiều dài tăng và điện trở tăng lên Để tối ưu hóa chiều dài của dây điện trở strain gauge, có thể sắp xếp chúng theo hình ziczac, nhằm tăng độ biến dạng khi chịu lực, qua đó nâng cao độ chính xác của thiết bị cảm biến sử dụng strain gauge.
Khi tải trọng tác động lên thân loadcell, nó gây ra biến dạng (giãn hoặc nén) cho thân loadcell Kết quả là, hai trong số bốn điện trở strain gauges bị nén, trong khi hai strain gauges còn lại bị căng ra Sự thay đổi này dẫn đến việc thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trên điện trở strain gauges dán trên thân loadcell, từ đó làm thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges.
Mạch cầu Wheatstone có thể chuyển đổi sự thay đổi tỷ lệ giữa lực căng và trở kháng thành điện áp tương ứng với tải Tuy nhiên, sự thay đổi điện áp này rất nhỏ, vì vậy cần phải qua bộ khuếch đại trong các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân) để đo và chuyển đổi thành số.
- Thông số Loadcell RNT LP7130:
+ Loadcell chén RNT LP7130 dành cho cân bồn, trạm trộn, silo, thang máy, phễu + Mức khối lượng: 1 / 2.2 / 5 / 10/ 15/ 22/ 33/ 47/ 68/ 100/ 150 / 220 tấn
+ Tiêu chuẩn kháng nước/kháng bụi: IP67
+ Tiêu chuẩn: Atex Zone 0-1-2 (gas) and 20-21-22 (dust) (option)
+ Vật liệu lựa chọn: sản xuất bằng thép không gỉ (stainless steel), hoặc bằng thép (Alloy Steel)
+ Dòng loadcell chịu nhiệt độ cao -30 đến +70 °C hoặc tùy chọn nhiệt độ có thể lên tới 200 °C (option)
+ Dạng loadcell: nén dạng chén
+ Nguồn cấp: 4 ~ 12V (DC / AC), Max: 15V
+ Sử dụng thích hợp cho: cân xe tải, cân silo bồn, trạm trộn
Có thể mua rời module hay còn gọi là Mouting rời
Hình 5.9: Loadcell RNT LP7130 kèm bộ kit mounting rời
+ Tầm quan trọng 0.02% FS, 0.02% leo FS / 10min
+ Trở kháng đầu ra của 350 ± 3 resistance
+ Điện trở cách điện 0005000MΩ (100VDC)
+ Điện áp kích thích 5VDC
+ Phạm vi bù nhiệt độ 12 VDC 10°C ～ + 40°C
+ Phạm vi quá tải an toàn Phạm vi quá tải tối đa 120%
Đầu cân điện tử là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện từ cảm biến lực (Loadcell) thành giá trị hiển thị trên màn hình, giúp người dùng dễ dàng đọc thông số Khi kết hợp với cảm biến tải, đầu cân điện tử tạo thành một cụm hoàn chỉnh, được gọi là bàn cân điện tử.
Bàn cân điện tử hiện đại không chỉ hiển thị giá trị trên màn hình mà còn tích hợp nhiều tính năng ưu việt như khả năng kháng nước, kháng bụi và cảnh báo khi giá trị tải đạt tới hạn.
Cấu tạo của đầu cân điện tử gồm 2 thành phần chính: màn hình LCD hiển thị và cụm nút thao tác
- Thông số đầu cân điện tử LP7516:
+ Đầu cân đựơc làm bằng nhựa ABS tiêu chuẩn IP65
+ Đầu cân LP7516 LED Tiêu chuẩn NTEP
+ Kết nối tất cả các loại loadcell
+ Độ phân giải 30.000 chính xác cao
+ Màn hình LED số đỏ cao 20.3mm dể nhìn
+ Chức năng trừ bì, đếm số lựong, HILO, Cân động vật, giữ Hold, RS232 kết nối máy tính
+ Sử dụng Adapter 9V và bình khô 6V tiện lợi khi cúp điện
Hình 5.12: Đầu cân điện tử LP7516
Công nghệ tạo hình ống kim loại bằng bóng cao su
5.2.1 Tính toán kích thước quả bóng cao su
Trước khi sản xuất quả bóng cao su, cần xác định thể tích của từng quả bóng, vì đường kính trong của các ống thử nghiệm khác nhau sẽ dẫn đến thể tích không đồng nhất Việc này giúp tạo ra một tiêu chuẩn chung cho các quả bóng, từ đó thuận lợi cho việc so sánh chúng.
Sau khi xem xét 40 đánh giá, nhóm đã quyết định sử dụng chiều cao của hình trụ (đường kính hình trụ thay đổi tùy thuộc vào từng ống thử nghiệm) để tính toán thể tích hình trụ Từ đó, nhóm xác định được thể tích của quả bóng.
Thể tích của quả bóng được xác định dựa trên thể tích của hình trụ có chiều cao hmm Chiều cao này được chọn vì nó giúp tạo ra một quả bóng có kích thước vừa phải, dễ dàng đưa vào ống thử nghiệm Nếu chiều cao h lớn hơn, quả bóng sẽ có thể tích lớn hơn, gây khó khăn khi đưa vào ống do hình dạng gần như cầu và độ cứng của lớp bọc Ngược lại, nếu chiều cao h nhỏ hơn, sẽ không đủ không gian để thực hiện thí nghiệm Bằng cách áp dụng công thức tính thể tích hình trụ với chiều cao hmm, ta có thể xác định thể tích quả bóng phù hợp với từng ống nghiệm.
Hình 5.13: Thể tích hình trụ
- V là kí hiệu thể tích
- r là bán kính hình tròn mặt đáy hình trụ
- h là chiều cao của hình trụ
Bảng 5.2: Bảng tính thể tích bóng cao su Đường kính ống (mm) 55 60 65 70 73
5.2.2 Tạo quả bóng theo kích thước đã tính toán Để có thể đưa nước vào quả bong bóng theo đúng thể tích đã tính toán, nhóm đã sử dụng ống tiêm có vạch chia thể tích để bơm nước vào
Sau khi bơm đủ thể tích cần thiết vào ống tiêm, tiến hành bọc thêm 10-15 lớp bong bóng bên ngoài quả bong bóng chứa nước để tạo thành quả bóng cao su Số lớp này đã được nhóm chọn lọc qua nhiều lần thí nghiệm; nếu bọc thêm nhiều lớp hơn, quả bóng sẽ trở nên cứng và khó đưa vào ống khuôn, trong khi nếu ít lớp hơn, quả bóng sẽ không đủ cứng cáp và dễ bị bể.
Hình 5.15: Quả bóng cao su
42 Để xác nhận lại thể tích của quả bóng cao su nhóm có sử dụng cân điện tử
Hình 5.16: Xác nhận lại thể tích của quả bóng cao su
5.2.3 Lắp ráp ống thí nghiệm
Sơ đồ lắp ráp bên trong ống thí nghiệm bao gồm ống khuôn, tấm insert và quả bóng cao su Để xác định vị trí đặt quả bóng, cần tính toán chiều dài của hai đoạn chày kim loại đẩy vào khuôn Quá trình tính toán này được thể hiện qua sơ đồ dưới đây.
Các dữ liệu đầu vào:
− Chiều dài ống thử nghiệm: 360mm
− Độ dày của 2 insert: 15mm
− Độ dày của hai tấm đỡ: 22mm
− Chiều cao của quả bóng cao su: 80mm
Chiều dài đoạn chày kim loại đẩy vào = 360/2+22-80/2-157mm
Sau khi xác định chiều dài đoạn chày cần lắp vào khuôn, chúng ta sẽ đánh dấu vị trí trên chày và tiến hành lắp ráp theo các tính toán đã thực hiện.
5.2.4 Các yếu tố hỗ trợ quá trình
Do ma sát cao giữa quả bóng và thành ống khuôn thử nghiệm, việc lắp đặt quả bóng trực tiếp gặp khó khăn Để hỗ trợ quá trình này, nhóm đã sử dụng chất bôi trơn, cụ thể là nhớt, nhằm giảm ma sát và dễ dàng hơn trong việc lắp đặt.
Khi ép bóng cao su, hiện tượng kẹp vào insert có thể làm bể quả bóng Để khắc phục vấn đề này, nhóm đã áp dụng phương pháp cho một ít cao su hạt vào mỗi đầu ống trước khi đặt insert vào.
Khi thực hiện các thí nghiệm ống D = 75mm nhóm có nhiều thay đổi về vị trí lỗ nên nhóm có các điều chỉnh sau:
+ Tiện đường kính trong của ống từ D = 75mm lên D = 76 mm
Sử dụng ống thép mạ kẽm với độ dày 1.5mm và đường kính trong D = 73 mm để che chắn các lỗ không sử dụng trong quá trình thí nghiệm.
Hình 5.18: Ống thép mã kẽm Ống thép mạ kẽm Ống thí nghiệm
Hình 5.19: Cho ống thép vào ống thí nghiệm
Hình 5.20: Ống thí nghiệm sau khi cho ống thép vào
Công nghệ hidroforming cho phép tạo hình ống kim loại bằng bóng cao su với khả năng tạo hình vượt trội Quy trình này không chỉ đơn giản trong việc thiết lập mà còn có chi phí thấp, mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng.
THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG ÁP SUẤT ĐẨY CỦA BÓNG CAO SU
Mục tiêu của thí nghiệm
Kiểm tra lực ép của bóng cao su lên thành ống thí nghiệm được thực hiện bằng cách đo lực ép từ trên xuống thông qua loadcell 1 và lực đẩy của bóng cao su bằng loadcell 2 Mục tiêu là xác định mối liên hệ giữa hai lực này để đưa ra những kết luận chính xác về tác động của bóng cao su đối với ống thí nghiệm.
Hình 6.1: Mô hình thí nghiệm
Loadcell 2 Đầu đọc loadcell 1 Đầu đọc loadcell 2
Hình 6.2: Mô hình thực tế khi thực nghiệm
Kết quả thí nghiệm
Bảng 6.1: Các trường hợp thí nghiệm đo lường áp suất đẩy của bóng cao su qua các biến
TT Đường kính ống thí nghiệm
Khoảng lùi của ti đẩy a (mm) Vị trí lỗ Khoảng ép
(mm) Đường kính ti đẩy d (mm)
Kết quả các thí nghiệm:
Hình 6.3: Biểu đồ so sánh khi đường kính ống thí nghiệm thay đổi
Bảng 6.2: Kết quả thí nghiệm lớn nhất thứ tự 1-5 Thí nghiệm Loadcell 1 (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell 2 (kg)
- Đường đỏ - TN1 là đường đạt giá trị lớn nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 586kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 9.499kg= 94.99N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 94.99/(π5 2 10 -6 ) Pa
- Đường nâu - TN5 là đường đạt giá trị nhỏ nhất
+Lực nén từ trên xuống là 982kg
+Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 5.897kg= 58.97N +Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 58.97/(π5 2 10 -6 ) Pa
Nhận xét cho thấy rằng khi ống thí nghiệm có đường kính lớn hơn, lực nén dọc trục sẽ tăng lên, trong khi đó lực đẩy vào thành ống thí nghiệm sẽ giảm đi.
Hình 6.4: Biểu đồ so sánh khi khoảng lùi thay đổi
Bảng 6.3: Kết quả thí nghiệm lớn nhất thứ tự 6-10 Thí nghiệm Loadcell 1 (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell 2 (kg)
- Đường đỏ - TN6 (cũng là TN5) là đường đạt giá trị lớn nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 830kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 5.233kg= 52.33N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 52.33/(π5 2 10 -6 ) Pa
- Đường nâu - TN10 là đường đạt giá trị nhỏ nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 832kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 4.358kg= 43.58N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 43.58/(π5 2 10 -6 ) Pa
Nhận xét: Khoảng lùi của ty càng lớn thì lực đẩy tác dụng vào thành ống thí nghiệm của bóng cao su tại vị trí đo càng nhỏ dần
Hình 6.5: Biểu đồ so sánh lực ép khi vị trí ty đẩy thay đổi
Bảng 6.4: Kết quả thí nghiệm lớn nhất thứ tự 11-15 Thí nghiệm Loadcell 1 (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell 2 (kg)
- Đường đỏ - TN11 là đường đạt giá trị nhỏ nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 832kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 4.92kg= 49.2N +Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 49.2/(π5 2 10 -6 ) Pa
- Đường nâu - TN15 là đường đạt giá trị lớn nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 830 kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 5.633kg= 56.33N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 56.33/(π5 2 10 -6 ) Pa
Trong một thí nghiệm, lực đẩy của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại các vị trí khác nhau không có nhiều chênh lệch, nhưng có xu hướng tăng dần từ trên xuống dưới Đặc biệt, tại vị trí -15 (vị trí thấp nhất), lực đẩy đạt độ lớn cao nhất.
Hình 6.6: Biểu đồ so sánh khi khoảng ép L thay đổi
Bảng 6.5: Kết quả thí nghiệm lớn nhất thứ tự 16-19 Thí nghiệm Loadcell 1 (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell 2 (kg)
- Đường xanh - TN16 là đường đạt giá trị nhỏ nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 122kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 1.229kg= 12.29N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 12.29/(π5 2 10 -6 ) Pa
- Đường nâu - TN19 là đường đạt giá trị lớn nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 920 kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 6.062kg= 60.62N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 60.62/(π5 2 10 -6 ) Pa
Do đặc tính dễ vỡ của bóng cao su khi tiếp xúc với lỗ đo lực, thí nghiệm không thể thực hiện được với khoảng ép cao hơn Biểu đồ cho thấy, khi khoảng ép tăng lên, lực tác động vào thành ống thí nghiệm cũng tăng Đặc biệt, với khoảng L = 8mm, đường biểu diễn đạt giá trị lớn nhất.
Hình 6.7: Biểu đồ so sánh khi đường kính ty đẩy thay đổi
Bảng 6.6: Kết quả thí nghiệm lớn nhất thứ tự 20-24 Thí nghiệm Loadcell 1 (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell 2 (kg)
- Đường đỏ - TN20 là đường đạt giá trị nhỏ nhất
+Lực nén từ trên xuống là 830kg
+Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 5.233kg = 52.33N +Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm là: 52.33/(π5 2 10 -6 ) Pa
- Đường nâu - TN24 là đường đạt giá trị lớn nhất
+ Lực nén từ trên xuống là 396 kg
+ Lực ép của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tại tiết diện đo: 11.485kg= 114.85N + Áp suất của bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 114.85/(π9 2 10 -6 ) Pa
Nhận xét: Thí nghiệm thực hiện trên tiết diện đo tăng dần từ 10mm đến 18mm Tiết diện tiếp xúc càng nhiều lực đẩy càng lớn.
So sánh kết quả đo lực ép với phương pháp tạo hình bằng cao su hạt
Các số liệu về kết quả thí nghiệm của phương pháp tạo hình bằng cao su hạt được trích dẫn từ Đồ án tốt nghiệp với tiêu đề "Thiết kế và chế tạo mô hình đo áp lực trong quá trình tạo hình ống thông qua vật liệu cao su" Đồ án này được thực hiện bởi sinh viên Đỗ Nhất Minh Hiếu, Nguyễn Hà Hoài Thanh, và Hải Ngọc Dân, dưới sự hướng dẫn của ThS Trần Minh Thế Uyên vào năm 2019.
- So sánh kết quả theo đường kính ống thí nghiệm:
Hình 6.8: Biểu đồ so sánh kết quả theo đường kính ống thí nghiệm D
Thực hiện thí nghiệm trên cùng một mô hình và cùng điều kiện (vị trí lỗ 0, khoảng lùi a = 0, đường kính ty đẩy d = 10mm)
+ Với thí nghiệm bóng cao su: đường kính D = 73 mm khoảng ép 6mm
+ Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm
- So sánh kết quả theo khoảng lùi ty đẩy:
Hình 6.9 thể hiện biểu đồ so sánh kết quả theo khoảng lùi ty đẩy a Thí nghiệm được thực hiện trên cùng một mô hình và trong cùng điều kiện, với vị trí lỗ 0, khoảng lùi a = 2 và đường kính ty đẩy d = 10mm.
+ Với thí nghiệm bóng cao su: đường kính D = 73 mm khoảng ép 6mm
+ Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm
- So sánh kết quả theo vị trí:
Biểu đồ so sánh kết quả theo vị trí được thực hiện trên cùng một mô hình và trong điều kiện giống nhau, với vị trí lỗ 0, khoảng lùi a = 0 và đường kính ty đẩy d = 10mm.
+ Với thí nghiệm bóng cao su: đường kính D = 73 mm khoảng ép 6mm và vị trí lỗ 15 (vị trí xa nhất)
+ Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm và vị trí lỗ xa nhất là 60
- So sánh kết quả theo khoảng ép:
Trong thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng cùng một mô hình và điều kiện để so sánh kết quả theo khoảng ép L, với vị trí lỗ 0, khoảng lùi a = 0 và đường kính ty đẩy d = 10mm Biểu đồ so sánh kết quả được trình bày trong Hình 6.11.
+ Với thí nghiệm bóng cao su: đường kính D = 73 mm khoảng ép 8 mm – khoảng ép lớn nhất trong thí nghiệm
+ Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm – khoảng ép lớn nhất trong thí nghiệm
- So sánh hai kết quả theo đường kính ty đẩy:
Trong thí nghiệm, chúng tôi đã tiến hành so sánh kết quả dựa trên đường kính ty đẩy d, với mô hình và điều kiện thí nghiệm đồng nhất Cụ thể, vị trí lỗ được giữ cố định ở 0, khoảng lùi a là 0, và đường kính ty đẩy được thiết lập ở 10mm.
+ Với thí nghiệm bóng cao su: đường kính D = 73 mm khoảng ép 6 mm
+ Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm
Nhận xét chung cho thấy, qua các biểu đồ so sánh hai thí nghiệm, đường biểu diễn lực của thí nghiệm bóng cao su luôn có độ dốc lớn hơn so với thí nghiệm cao su hạt Điều này chứng tỏ rằng để tạo ra cùng một lực tác động vào thành ống thí nghiệm, phương pháp tạo hình bằng bóng cao su chỉ cần sử dụng áp lực nhỏ hơn rất nhiều lần.
Tạo hình ống
6.4.1 Ủ thép không gỉ (inox 304) Ủ thép là phương pháp nung nóng thép dến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt được tổ chức ổn định Hai nét đặc trưng của ủ là nhiệt độ không có quy luật tổng quát và làm nguội với tốc độ chậm để đạt tổ chức cân bằng Ủ inox 304 bằng phương pháp ủ kết tinh lại Ủ kết tinh lại được tiến hành cho thép qua biến dạng nguội, bị biến cứng cần khôi phục tính dẻo, độ cứng trước khi bị biến dạng Phương pháp ủ được tiến hành ở nhiệt độ kết tinh lại
- Làm giảm, làm mất mất ứng suất bên trong
Nhiệt độ kết tinh lại được tính theo công thức:
𝑇𝑇 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 ° : nhiệt độ kết tinh lại
𝑇𝑇𝑠𝑠 °: nhiệt độ nóng chảy 𝑎𝑎: hệ số phụ thuộc vào độ sạch kim loại
Vật liệu inox 304 có nhiệt độ nóng chảy 1400 ÷ 1450℃ Hệ số 𝑎𝑎 đối với hợp kim
→ Chọn nhiệt độ ủ là 800℃, thời gian giữ nhiệt là 5 phút
+ Sử dụng lò ủ: Mở máy setup nhiệt độ đến cần thiết (800 o C);
+ Khi đạt đến nhiệt độ mong muốn Cho phôi vào lò, ủ với thời gian đã tính trước đó (5 phút);
Hình 6.14: Cho inox vào lò nung
Hình 6.15: Tấm inox sau khi ủ
- Bước 2: Setup khuôn tạo hình
+ Sau đó cho bóng cao su vào trong lòng phôi (sử dụng tấm cao su che đi đường nối của ống phôi);
+ Lót 2 đầu của bóng bằng một ít cao su hạt trước khi để 2 tấm insert vào; + Cố định khuôn bởi 2 tấm áo khuôn và bu-lông
+ Lắp đặt khuôn vào máy theo sơ đồ như hình dưới đây:
Hình 6.10: Mô hình tạo hình +Thực hiện ép tạo hình đến khi lực nén đạt được 3000kg (đây là con số thực nghiệm rút ra sau nhiều thử nghiệm)
+ Tháo khuôn và thu được sản phẩm
66 Hình 6.16: Sản phẩm tạo hình