Khảo sát lực ép bóng cao su trong quá trình tạo hình tấm kim loại cuộn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHẢO SÁT LỰC ÉP BĨNG CAO SU TRONG Q TRÌNH TẠO HÌNH TẤM KIM LOẠI CUỘN GVHD: Th.S Đồn Tất Linh SVTH: NGUYỄN QUỐC CƯỜNG THẠCH NGỌC TÂN PHAN THỊ MAI TRÂM S K L 21 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “KHẢO SÁT LỰC ÉP BÓNG CAO SU TRONG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TẤM KIM LOẠI CUỘN” Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đoàn Tất Linh MSSV Lớp NGUYỄN QUỐC CƯỜNG 19144042 191441A THẠCH NGỌC TÂN 19144304 191441A PHAN THỊ MAI TRÂM 19144032 191442B Sinh viên thực hiện: Khóa: 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BỘ MƠN CNKT CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “KHẢO SÁT LỰC ÉP BÓNG CAO SU TRONG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TẤM KIM LOẠI CUỘN” Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đoàn Tất Linh Sinh viên thực hiện: MSSV Lớp NGUYỄN QUỐC CƯỜNG 19144042 191441A THẠCH NGỌC TÂN 19144304 191441A PHAN THỊ MAI TRÂM 19144032 191442B Khóa: 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự – Hạnh phúc Bộ mơn: CNKT Cơ Khí NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II / năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: ĐOÀN TẤT LINH Sinh viên thực hiện: THẠCH NGỌC TÂN MSSV: 19144304 Điện thoại: 0564401160 NGUYỄN QUỐC CƯỜNG MSSV: 19144042 Điện thoại: 0789500100 PHAN THỊ MAI TRÂM MSSV: 19144032 Điện thoại: 0929085906 Mã số đề tài: 22223DT212 Tên đề tài: Khảo sát lực ép bóng cao su q trình tạo hình kim loại cuộn Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Máy ép 20 - Loadcell 20 Nội dung đồ án: - Thiết kế khn tạo hình - Thiết kế chế tạo mơ hình đo lực - Thực nghiệm đo lực - Thực nghiệm tạo hình kim loại - Đánh giá kết Các sản phẩm dự kiến - Bộ khuôn ép - Sản phẩm mẫu thực nghiệm - Báo cáo phân tích Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 i Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt  TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ☐ Được phép bảo vệ ………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Khảo sát lực ép bóng cao su q trình tạo hình kim loại cuộn - GVHD: Th.S Đồn Tất Linh - Nhóm sinh viên thực hiện: + Họ tên sinh viên: Thạch Ngọc Tân + MSSV: 19144304 Lớp: 191441A + Địa sinh viên: Trà Vinh + Số điện thoại liên lạc: 0564401160 + Email: 19144304@student.hcmute.edu.vn + Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Cường + MSSV: 19144042 Lớp: 191441A + Địa sinh viên: Đồng Tháp + Số điện thoại liên lạc: 0789500100 + Email: 19144042@student.hcmute.edu.vn + Họ tên sinh viên: Phan Thị Mai Trâm + MSSV: 19144032 Lớp: 191442B + Địa sinh viên: Trà Vinh + Số điện thoại liên lạc: 0929085906 + Email: 19144032@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 25/07/2023 - Lời cam kết: “Nhóm tơi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nhóm tơi nghiên cứu thực Nhóm tơi khơng chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, nhóm tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2023 Ký tên ii LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian năm học tập trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM lúc kiến thức kỹ nhóm sinh viên chúng em vận dụng vào thực tế Nhóm em xin chân thành cảm ơn Đồn Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, q Ban Giám Hiệu nhà trường, quý Thầy Cô giáo,… Đặc biệt dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Sơn Minh, thầy Nguyễn Văn Thức thầy Đoàn Tất Linh truyền đạt kiến thức dành thời gian hướng dẫn hỗ trợ nhóm tận tình để thực đề tài tốt nghiệp cách chu Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người ln bên cạnh động viên truyền thêm lượng, giúp nhóm em có đủ tinh thần học tập, làm việc để hồn thành Trong q trình thực đồ án, nhóm cố gắng thực cách tốt thiếu kinh nghiệm kiến thức hạn hẹp nên nhiều sai xót Hy vọng nhóm em nhận đóng góp q báu từ thầy để thân nhóm em hồn thiện bổ sung thêm kiến thức Nhóm sinh viên thực Nguyễn Quốc Cường Thạch Ngọc Tân Phan Thị Mai Trâm iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong thời buổi kỹ thuật khoa học phát triển không ngừng Những công nghệ dập, uốn phương pháp thông thường khơng cịn phù hợp Vì khơng thể thực kim loại có biên dạng phức tạp Một số cải tiến phù hợp với ngành công nghiệp chế tạo máy, hố dầu cơng nghiệp xây dựng, Được tối ưu quy trình sản xuất để phù hợp nhằm mục tiêu tiết kiệm vật tư suất với dạng sản xuất đơn lẻ Phương pháp tạo hình ống bóng cao su cơng nghệ làm phình ống kim loại dựa cơng nghệ hydroforming với nhiều ưu điểm như: chi phí thấp, quy trình đơn giản,… So với phương pháp sản xuất gia cơng hàn, làm phình ống nhanh hơn, tạo sản phẩm liền mạch áp dụng cho nhiều vật liệu Tuy nhiên tạo hình bóng cao su có nhiều khuyết điểm như: suất thấp phương pháp khác, bị kẹt khn ép Để hiểu rõ công nghệ này, cần thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm phù hợp, tiến hành thí nghiệm nhiều lần Qua khắc phục cải tiến liên tục để đưa quy trình tối ưu cho phương pháp tạo hình bóng cao su iv ABSTRSACT In this day and age of science and technology, we are constantly developing Conventional stamping and bending technologies are no longer suitable Because it cannot be performed on metals with complex profiles Some new innovations are more suitable for industries such as machine building, petrochemical and construction industry, Optimized the production process to suit the goal of saving materials and being more productive with single production The rubber ball tube forming method is a metal tube bulging technology based on hydroforming technology with many advantages such as: low cost, simple process, etc Compared with production methods such as machining or welding, it expands faster, creates seamless products and can be applied to many materials However, when forming with rubber balls, there are also many disadvantages such as: productivity will be lower than other methods, and mold may be stuck when pressing To better understand this technology, it is necessary to design, manufacture suitable test equipment, and conduct experiments many times Thereby, we will overcome and improve continuously to provide the most optimal process for the rubber ball forming method v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv ABSTRSACT v MỤC LỤC .vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ viii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu .2 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .4 2.1 Giới thiệu 2.2 Đặc tính hệ thống 2.3 Kết cấu hệ thống .4 2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.4.1 Các nghiên cứu nước .6 2.4.2 Các nghiên cứu nước 2.5 Các tồn hệ thống CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .9 3.1 Công nghệ hidroforming 3.1.1 Công nghệ hidroforming 3.1.2 Công nghệ hidrofoming ống 3.2 Các phương pháp làm phình ống kim loại 11 3.2.1 Ống phình đầu 11 3.2.2 Ống phình 13 3.2.3 Uốn ống 15 vi Hình 6.7: Biểu đồ so sánh đường kính ty đẩy thay đổi Bảng 6.6: Kết thí nghiệm lớn thứ tự 20-24 Thí nghiệm Loadcell (kg) Áp suất vào thành (Pa) Loadcell (kg) 20 830 52.33/(π52.10-6) 5.233 21 616 57.68/(π62.10-6) 5.768 22 442 60.89/(π72.10-6) 6.089 23 410 107.71/(π82.10-6) 10.771 24 396 114.85/(π92.10-6) 11.485 55 - Đường đỏ - TN20 đường đạt giá trị nhỏ +Lực nén từ xuống 830kg +Lực ép bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tiết diện đo: 5.233kg = 52.33N +Áp suất bóng cao su vào thành ống thí nghiệm là: 52.33/(π52.10-6) Pa - Đường nâu - TN24 đường đạt giá trị lớn + Lực nén từ xuống 396 kg + Lực ép bóng cao su vào thành ống thí nghiệm tiết diện đo: 11.485kg= 114.85N + Áp suất bóng cao su vào thành ống thí nghiệm: 114.85/(π92.10-6) Pa Nhận xét: Thí nghiệm thực tiết diện đo tăng dần từ 10mm đến 18mm Tiết diện tiếp xúc nhiều lực đẩy lớn 6.3 So sánh kết đo lực ép với phương pháp tạo hình cao su hạt Chú thích: Các số liệu kết thí nghiệm phương pháp tạo hình cao su hạt lấy từ Đồ án tốt nghiệp – Thiết kế chế tạo mơ hình đo áp lực q trình tạo hình ống thơng qua vật liệu cao su SVTH: Đỗ Nhất Minh Hiếu; Nguyễn Hà Hoài Thanh; Hải Ngọc Dân GVHD: Ths Trần Minh Thế Uyên Được thực năm 2019 [3] - So sánh kết theo đường kính ống thí nghiệm: 56 Hình 6.8: Biểu đồ so sánh kết theo đường kính ống thí nghiệm D Thực thí nghiệm mơ hình 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 theo khoảng lùi ty đẩy: 57 Hình 6.9: Biểu đồ so sánh kết theo khoảng lùi ty đẩy a Thực thí nghiệm mơ hình điều kiện (vị trí lỗ 0, khoảng lùi a = 2, 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 theo vị trí: 58 Hình 6.10: Biểu đồ so sánh kết theo vị trí Thực thí nghiệm mơ hình 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 vị trí lỗ 15 (vị trí xa nhất) + Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm vị trí lỗ xa 60 - So sánh kết theo khoảng ép: 59 Hình 6.11: Biểu đồ so sánh kết theo khoảng ép L Thực thí nghiệm mơ hình 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 mm – khoảng ép lớn thí nghiệm + Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm – khoảng ép lớn thí nghiệm - So sánh hai kết theo đường kính ty đẩy: 60 Hình 6.12: Biểu đồ so sánh kết theo đường kính ty đẩy d Thực thí nghiệm mơ hình 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 mm + Với thí nghiệm cao su hạt: đường kính D = 75 mm khoảng ép 140mm Nhận xét chung: Thông qua biểu đồ so sánh thí nghiệm Dù yếu tố so sánh đường biểu diễn lực thí nghiệm bóng cao su ln có độ dốc lớn so với thí nghiệm cao su hạt Điều chứng tỏ để tạo lực tác động vào thành ống thí nghiệm phương pháp tạo hình bóng cao su cần sử dụng ép nhỏ nhiều lần 61 6.4 Tạo hình ống 6.4.1 Ủ thép không gỉ (inox 304) Ủ thép phương pháp nung nóng thép dến nhiệt độ định, giữ nhiệt lâu làm nguội chậm lò để đạt tổ chức ổn định Hai nét đặc trưng ủ nhiệt độ khơng có quy luật tổng quát làm nguội với tốc độ chậm để đạt tổ chức cân Ủ inox 304 phương pháp ủ kết tinh lại Ủ kết tinh lại tiến hành cho thép qua biến dạng nguội, bị biến cứng cần khơi phục tính dẻo, độ cứng trước bị biến dạng Phương pháp ủ tiến hành nhiệt độ kết tinh lại Mục đích: - Giảm độ cứng - Làm tăng độ dẻo - Làm giảm, làm mất ứng suất bên Nhiệt độ ủ: Nhiệt độ kết tinh lại tính theo cơng thức: ° = 𝑎𝑎 𝑇𝑇𝑠𝑠° (°𝐾𝐾) 𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 Trong đó: ° 𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 : nhiệt độ kết tinh lại 𝑇𝑇𝑠𝑠° : nhiệt độ nóng chảy 𝑎𝑎: hệ số phụ thuộc vào độ kim loại Vật liệu inox 304 có nhiệt độ nóng chảy 1400 ÷ 1450℃ Hệ số 𝑎𝑎 hợp kim 𝑎𝑎 ≈ 0.5 ÷ 0.8 ° 𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = (0.5 ÷ 0.8) (1673 ÷ 1723) = (836.5 ÷ 1378.4)°𝐾𝐾 ° 𝑇𝑇𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = (563.5 ÷ 1105.4)℃ → Chọn nhiệt độ ủ 800℃, thời gian giữ nhiệt phút Sơ đồ ủ: 62 Nhiệt độ °C 800 5p Nguội lò Thời gian Hình 6.13: Sơ đồ ủ 6.4.2 Các bước tạo hình - Bước 1: Ủ vật liệu + Sử dụng lò ủ: Mở máy  setup nhiệt độ đến cần thiết (800 oC); + Khi đạt đến nhiệt độ mong muốn Cho phơi vào lị, ủ với thời gian tính trước (5 phút); + Sau để nguội Lị nung Tấm inox 304 Nhiệt độ Hình 6.14: Cho inox vào lị nung 63 Hình 6.15: Tấm inox sau ủ - Bước 2: Setup khn tạo hình + Đặt phơi vào khn; + Sau cho bóng cao su vào lịng phơi (sử dụng cao su che đường nối ống phơi); + Lót đầu bóng cao su hạt trước để insert vào; + Cố định khuôn áo khuôn bu-lông 64 - Bước 3: Tạo hình + Lắp đặt khn vào máy theo sơ đồ hình đây: Con đội Chày Tấm chặn Khn Loadcell Tấm chặn Đầu đọc Hình 6.10: Mơ hình tạo hình +Thực ép tạo hình đến lực nén đạt 3000kg (đây số thực nghiệm rút sau nhiều thử nghiệm) + Tháo khn thu sản phẩm 65 Hình 6.16: Sản phẩm tạo hình 66 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 7.1 Kết luận Thơng qua q trình thực Đồ án tốt nghiệp, nhóm hồn thành yêu cầu đề tổng hợp báo cáo theo format với đầy đủ hình thức nội dung, bao gồm: tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Nhìn chung, nội dung đồ án tốt nghiệp hoàn thành vấn đề sau: • Ứng dụng kiến thức toán học, khoa học - kỹ thuật khoa học - xã hội để tìm phương pháp • Thực phân tích thí nghiệm, so sánh đánh giá biểu đồ lực • Vấn đề thiết kế, chế tạo hệ thống quy trình đảm bảo việc thực thí nghiệm an tồn giảm hao phí • Sau thí nghiệm ghi nhận đánh giá Nhóm nhận thấy với phương pháp bóng cao su có cải tiến rõ rệt so với vật liệu đàn hồi thông thường dẫn chứng báo cáo kết thí nghiệm cụ thể hiệu suất tăng gấp nhiều lần • Sử dụng cơng cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành để thực thiết kế Với sau trình thực đề tài này, kết đạt được ứng dụng việc sản xuất sản phẩm có hình dạng phức tạp theo yêu cầu Cuối cùng, trình thực đề tài đạt sản phẩm cụ thể sau: • Nghiên cứu thành cơng quy trình tạo hình kim loại cuộn bóng cao su, ứng dụng phương pháp hydroforming • Nghiên cứu chế tạo dung cụ đo áp suất q trình ép • Phương pháp tạo hình bóng cao su có cải tiến rõ rệt so với phương pháp tạo hình vật liệu đàn hồi 7.2 Đề nghị Về khung ép: nên gia công thêm chi tiết định vị cho khuôn để trình lắp đặt nhanh chóng xác Về khuôn: hạn chế việc thiết kế khuôn liền khối, điều gây khó khăn cho việc lắp đặt 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Văn Cương, Vật liệu kỹ thuật, Đại học Hàng Hải, 2006 [2] Nghiêm Hùng, Vật liệu học sở, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Đỗ Nhất Minh Hiếu - Nguyễn Hà Hoài Thanh - Hải Ngọc Dân, Ths Trần Minh Thế Uyên, Thiết Kế Chế Tạo mơ hình đo áp lực q trình tạo hình ống thơng qua vật liệu cao su, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2020 [4] Phan Văn Nghệ, Giáo trình Cơng nghệ dập thủy tĩnh, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2006 [5] PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng, Sổ tay thiết kế khí – Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2004 [6] Trần Hữu Quế, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí Tập 1, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2005 Tiếng Anh [7] Colin Bell, Jonathan Corney, Nicola Zuelli & David Savings, A state of the art review of hydroforming technology,2019 [8] Nishant Jain, Modeling And Analysis of Dual Hydroforming Process, 2003 68 S K L 0