(Luận văn thạc sĩ hcmute) khảo sát phương pháp tạo hình ống bằng áp suất hơi nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BẮC KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH ỐNG BẰNG ÁP SUẤT HƠI NUỚC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BẮC KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH ỐNG BẰNG ÁP SUẤT HƠI NƯỚC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BẮC KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH ỐNG BẰNG ÁP SUẤT HƠI NƯỚC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên học viên: Nguyễn Văn Bắc MSHV: 1580401 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Khóa: 2015B Tên đề tài: “Khảo sát phương pháp tạo hình ống áp suất nước” Học viên hoàn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo qui định) luận văn thạc sĩ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2018 Giảng viên hướng dẫn PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG i Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: Nguyễn Văn Bắc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/01/1989 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Nghệ An Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 292, Tổ 10, Ấp Cây Sắn, Xã Lai Uyên, Huyện Bàu Bàng, Tỉnh Bình Dương Điện thoại: 0932712139 E-mail: vanbacspk@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Hệ đào tạo: Đại học quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 03/2013 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật Cơng nghiệp III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian 06/2013 ÷ Nơi công tác Công ty Cổ phần Nước Mơi trường Bình Dương ii Luan van Cơng việc đảm nhiệm Kỹ sư Cơ khí LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2018 Người thực Nguyễn Văn Bắc iii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến: Thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Thầy hướng dẫn thực luận văn tận tình dạy, tạo điều kiện động viên học trị suốt q trình thực Thầy PGS TS Phạm Sơn Minh - Thầy tư vấn, hướng dẫn công nghệ, hỗ trợ, giúp đỡ tơi q trình thí nghiệm Quý thầy cô tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học viên lớp Cao học chun ngành Cơ Khí Máy khóa 2015B tồn khố học, q thầy giảng dạy Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Phịng Đào tạo – Bộ phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh giúp đỡ tơi thời gian học tập nghiên cứu trường Kính gửi lời cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho cho học viên trường học tập nghiên cứu Kính chúc Q thầy dồi sức khỏe Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Văn Bắc iv Luan van TÓM TẮT Ngày nay, giới có nhiều nước áp dụng phương pháp dập thủy tĩnh để gia cơng chi tiết có hình dạng phức tạp Cơng nghệ dập thủy tĩnh nghiên cứu ứng dụng sản xuất chi tiết dạng ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cao áp tác dụng lên bề mặt phôi gây biến dạng vật liệu Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ năm 60 Song tới tận năm 80 kỷ 20 nghiên cứu áp dụng cơng nghiệp khí chế tạo máy cách kể Ở Việt Nam cơng nghệ dập thủy tĩnh nói chung giai đoạn bắt đầu tìm hiểu cơng nghệ Việc nghiên cứu dập thủy tĩnh đề cập đến số đề tài nghiên cứu Trong cơng trình nghiên cứu này, tác giả thay sử dụng áp lực chất lỏng cách sử dụng áp suất nước nhằm phân tích q trình tạo hình ống Do đề tài “Khảo sát phương pháp tạo hình ống áp suất nước” tập trung nghiên cứu trình hình thành chi tiết, thông số ảnh hưởng tới mức độ biến dạng khả biến dạng Nội dung đề tài trình bày sở lý thuyết cơng nghệ dập thủy tĩnh, từ nghiên cứu thí nghiệm khn tạo hình ống áp suất nước, sau nghiên cứu thơng số nhiệt độ, lượng nước thời gian để đưa kết luận tốt áp dụng áp suất nước vào phương pháp Sử dụng phầm mềm mơ Pam-Stamp để mơ q trình biến dạng, dự đốn trước điểm nhăn, nứt trình để rút gọn thời gian thiết kế sau Dựa kết thu từ q trình thí nghiệm, đề tài tảng cho nghiên cứu sâu nhằm tạo sản phẩm hoàn chỉnh, ứng dụng cao vào sản xuất thực tế điều kiện Việt Nam v Luan van ABSTRACT Today, many countries are adopting Hydroforming Technology to fabricate complex shapes Hydroforming Technology has been researched and applied to produce plate and ống components with the use of high pressure fluids on the surface of the material causing deformation The study of the application of this technology began in the 1960s But until the 80s of the 20th century, it has been studied and applied in the mechanical manufacturing industry in a number of ways In Vietnam, Hydroforming Technology is generally new at the beginning of technology Research on hydroforming is also mentioned in a number of research topics In this research, instead of using the pressure of liquid, the author use the pressure of steam to analyse the process of forming pipe Therefore, the tile “examining the forming of pipe using steam pressure” focuses on the detail process, the data affected to the rate and ability of deformation The contents of this title presents the database of Hydroforming Technology, from that the author does the research and experiment on the tubular modeling by steam pressure Then, the author researches about the information about temperature, the amount of water and time in order to give out the best result about using steam for this method Pam-Stamp is used to simulate the deformation process, which can be predictable the wrinkles and cracking of the process to save time for the later design Based on the results received from the following testing, this title is the platform for further research to produce the complete products, high applicability to actual production in Vietnam vi Luan van MỤC LỤC Trang XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT iv ABSRACT .vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC HÌNH xiv DANH MỤC CÁC BẢNG xxii Chương : MỞ ĐẦU 1.1.Đặt vấn đề .1 1.1.1 Một số cơng trình nghiên cứu ngồi nước .2 1.1.2 Một số công trình nghiên cứu nước 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.3.1.Đối tượng nghiên cứu 1.3.2.Phạm vi nghiên cứu 1.4.Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.4.1.Ý nghĩa khoa học 1.4.2.Ý nghĩa thực tiễn 1.5.Tính cấp thiết đề tài vii Luan van ` Sai số nhiệt độ ±50C, sai số thời gian ±5s Chiều dài ống có sai số +0.5 mm Các kết thí nghiệm ghi lại phần sau 5.5 Kết thí nghiệm 5.5.1 Kết thí nghiệm với mức nước 100% a) Nhiệt độ: 100 0C Hình 5.16 Ống tạo hình mức nước 100%, nhiệt độ 1000C 103 Luan van ` Bảng 1: Kết thí nghiệm với lượng nước 100%, nhiệt độ 1000C Mẫu ống T (phút) D (mm) A1 17,93 A2 19,11 A3 20,01 A4 20,43 A5 22,06 A6 22,05 Nhận xét: ta thấy nhiệt độ 1000C nước sơi, nước bốc nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi nước, phần tử nước chuyển động, đồng thời nhiệt độ tăng lên ống bắt đầu mềm Vì nhiệt độ 1000C ống bắt đầu biến dạng rõ rệt, ống phình lên với đường kính 17,93mm Ở thời gian chờ phần tử khí chuyển động nên ống tiếp tục biến dạng, tới thời gian chờ phút ống biến dạng hoàn toàn, ống bị nứt, bể bị biến mỏng đường kính ống 22,05mm b) Nhiệt độ: 1200C Hình 5.17 Ống tạo hình mức nước 100%, nhiệt độ 1200C 104 Luan van ` Bảng 5.2: Kết thí nghiệm với mức nước 100%, nhiệt độ 1200C Mẫu ống T (phút) D (mm) B1 21,06 B2 21,64 B3 21,36 Nhận xét: ta để nhiệt độ tới 1200C nhiệt độ lúc cao phần tử chuyển động nhanh hơn, khiến áp suất nước lớn hơn, ống biến dạng hoàn tồn, ống bị nứt bị biến mỏng vị trí ống biến dạng lớn 21,06 mm; 21,64 mm; 21,36mm 5.5.2 Kết thí nghiệm với mức nước 80% a) Nhiệt độ: 1900C Hình 5.18 Ống tạo hình mức nước 80%, nhiệt độ 1900C 105 Luan van ` Bảng 5.3: Kết thí nghiệm với mức nước 80%, nhiệt độ 1900C Mẫu ống T (phút) D (mm) C1 17,73 C2 19,24 C3 20,30 C4 20,50 C5 20,81 C6 21,46 C7 21,88 Nhận xét: Ta thấy với mức nước 80%, nhiệt độ để ống biến dạng lớn hơn, thời gian chờ để ống biến dạng lâu hơn, nhiệt độ thấp áp suất chưa đủ để làm cho ống biến dạng Đồng thời mức nước 80% khoảng trống ống nhiều cần phải đủ áp suất thời gian để phần tử khí chuyển động làm biến dạng ống Ống biến dạng nhiệt độ 1900C 17,73mm đường kính ống biến dạng lớn 21,88mm b) Nhiệt độ: 2050C Hình 19: Ống tạo hình mức nước 80%, nhiệt độ 2050C 106 Luan van ` Bảng 5.4: Kết thí nghiệm với lượng nước 80%, nhiệt độ 2050C Mẫu ống T (phút) D (mm) D1 22,41 D2 21,88 Nhận xét: Cũng trường hợp mức nước 100%, nhiệt độ 1200C nhiệt độ tăng lên chuyển động phần nước tăng lên, khiến áp suất lớn khiến ống nhanh chóng biến dạng hồn tồn Vị trí biến dạng lớn 22,41 mm; 21,88 mm 5.5.3 Kết thí nghiệm với mức nước 60% a) Nhiêt độ: 2250 Hình 5.20: Ống tạo hình mức nước 60%, nhiệt độ 2250 107 Luan van ` Bảng 5.5: Kết thí nghiệm với mức nước 60%, nhiệt độ 2250C Mẫu ống T (phút) D (mm) E1 16,63 E2 17,35 E3 17.55 E4 18,70 E5 20,04 E6 21,05 E7 22,25 E8 22,62 Nhận xét: trường hợp ống mức nước 80%, mức nước 60% phải cần nhiệt độ cao hơn, thời gian chờ lâu khoảng trống ống nhiều Vị trí ống biến dạng từ 16,63 đến 22,62mm b) Nhiêt độ: 2350C Hình 5.21: Ống tạo hình mức nước 60%, nhiệt độ 2350C 108 Luan van ` Bảng 5.6: Kết thí nghiệm với mức nước 60%, nhiệt độ khuôn 2350C Mẫu ống T (phút) F1 F2 D (mm) 22,47 22,40 Nhận xét: Cũng tương tự trường hợp ống mức nước 80%, mức nước 60% nhiệt độ cao dẫn tới áp suất cao, ống biến dạng hoàn toàn 5.6 Nhận xét kết Bảng 5.7: Bảng tổng hợp kết thực nghiệm tạo hình ống áp suất nước Đường kính ống (mm) Thời gian (phút) Mức nước 100% Mức nước 80% Mức nước 60% 1000C 1200C 1900C 2050C 2250C 2350C 17,93 21,06 17,73 22,41 16,63 22,47 19,11 21,64 19,24 21,88 17,35 22,40 20,01 21,36 20,30 - 17,55 - 20,43 - 20,50 - 18,70 - 22,06 - 20,81 - 20,04 - 22,05 - 21,46 - 21,05 - - - 21,88 - 22,25 - - - - - 22,62 - 109 Luan van ` Biểu đồ kết thí nghiệm 25 D (mm) 20 15 10 0 Thời gian (phút) A B C D E F Hình 5.22: Biểu đồ kết thí nghiệm Hình 5.23: Các trường hợp nứt, vỡ ống Qua kết thí nghiệm ta thấy, với mức nước khác (mức nước 100%, 80% 60%) thời gian biến dạng khác Mức nước 100% nhiệt độ 1000C thời gian chờ để ống biến dạng hoàn toàn phút; mức nước 80% nhiệt độ 1900C thời gian chờ để ống biến dạng hoàn toàn phút; mức nước 60% nhiệt độ 2250C thời gian chờ để ống biến dạng hoàn toàn phút Vậy độ biến dạng ống phụ thuộc vào lượng nước, nhiệt độ, thời gian chờ trình Vị trí phá hủy: Ống sau biến dạng hồn tồn, ta thấy ống bị nứt vị trí biến dạng lớn nguyên nhân ống bị biến mỏng, ống bị nứt chỗ 110 Luan van ` góc lõi khn (mẫu E8) yếu tố góc bo mẫu ống hình dạng Ta thấy trường hợp mức nước 100% nhiệt độ 1200C ống biến dạng hoàn toàn bị nứt vỡ, ta thấy giá trị đường kính đo khác nhau: D1: 21,06mm; D2: 21,64mm; D3: 21,36mm sai số của nhiệt độ ±50C, thời gian ±5s, sai số chiều dài ống +0,5mm Tương tự trường hợp mức nước 80% nhiệt độ 2050C giá trị đường kính D1: 22,41mm; D2: 21,88mm Trường hợp mức nước 60% nhiệt độ 2350C giá trị đường kính đo F1: 22,27mm; F2: 22,4mm Ống biến dạng mức nước 100% tốt nhất, mức nước ta thấy thời gian chờ, nhiệt độ để ống biến dạng nhỏ (100 – 1200C) 5.7 Ứng dụng số mẫu tạo hình Phần trình bày yếu tố lượng nước, thời gian nhiệt độ ảnh hưởng tới trình dập thủy tĩnh sử dụng áp suất nước Dựa vào kết tác giả áp dụng tiến thành tạo hình số mẫu với lượng nước 100%, vật liệu ống nhôm ống đồng Sau số ống tạo hình: Hình 5.24: Ống nhơm tạo hình nhiệt Hình 5.25: Ống nhơm tạo hình độ 1810C nhiệt độ 1280C 111 Luan van ` Hình 5.26: Ống nhơm tạo hình nhiệt độ 1500C Hình 5.27: Ống nhơm tạo hình nhiệt độ 1600C Hình 5.28: Ống nhơm tạo hình nhiệt Hình 5.29: Ống đồng tạo nhiệt độ 1790C hình nhiệt độ 1750C 5.8 Kết luận Qua mẫu tạo hình ta thấy được: Áp suất nước làm biến dạng ống nhơm, lẫn ống đồng, q trình thực kim loại màu Ống biến dạng tốt mức nước 100% Các ống biến dạng nhiệt độ khác nhau, phụ thuộc vật liệu mà ta muốn tạo hình Hình 5.17 5.29 mẫu lõi khuôn nhiệt độ để ống biến dạng khác với ống nhôm 1200C cịn ống đồng 1750C Ngồi ống biến dạng nhiệt độ khác nhau, phụ thuộc vào kích thước hình dáng thể hình Hình 5.25 ống nhơm biến dạng nhiệt độ 112 Luan van ` 1280C, hình 5.26 ống nhơm biến dạng nhiệt độ 1500C hình 5.27 nhiệt độ 1600C với hình 5.28 nhiệt độ 1790C 113 Luan van ` Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Luận văn hoàn tất đạt yêu cầu đề ra, bao gồm: - Tìm hiểu sơ lược cơng nghệ dập chất lỏng cao áp số cơng trình nghiên cứu liên quan - Mơ q trình biến dạng ống nhôm áp suất nước, phần mềm Pam-Stam 2G - Chế tạo mẫu khuôn lõi khn phục vụ cho q trình thí nghiệm tạo hình áp suất nước - Xác định số thông số nhiệt độ, mức nước thời gian giữ nhiệt tối ưu - Tạo hình số mẫu, chứng minh phương pháp có khả thực 6.2 Kiến nghị Do hạn chế mặt thời gian, kiến thức kinh phí nên tác giả khơng thể hồn thiện luận văn hoàn hảo để tạo sản phẩm định Để tiếp tục hồn thiện đề tài cần phát triển theo hướng sau: - Sử dụng thiết bị chuyên dụng để đo áp suất thực tế lịng chi tiết tiến hành tạo hình ống áp suất nước qua xây dựng mối quan hệ thông số - Thiết kế khuôn lõi khuôn tối ưu hơn, nhằm giảm thiểu tối đa vấn đề nứt, vỡ, nhăn tiến hành tạo hình ống áp suất nước - Nghiên cứu hợp chất bôi trơn lịng khn để q trình tạo hình ống áp suất nước diễn cách dễ dàng, hiệu 114 Luan van ` TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Nghệ, Giáo trình Cơng nghệ dập thủy tĩnh NXB Bách Khoa - Hà Nội, 2006 [2] Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Như Huynh, Ma sát bôi trơn gia công áp lực NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005 [3] Nguyễn Minh Vũ, Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung, Lý thuyết dập tạo hình NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2009 [4] Lê Trung Kiên, Nghiên cứu cơng nghệ tạo hình chi tiết vỏ mỏng phương pháp dập thủy tĩnh Đại học Bách khoa Hà nội, 2014 [5] Nguyễn Minh Vũ, Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung, Lý thuyết dập tạo hình NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2009 [6] Nguyễn Mậu Đằng, Công nghệ tạo hình kim loại NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [7] Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên, Mơ q trình biến dạng NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2011 [8] Nico Langerak, Dinesh Kumar Rout, Rahul Verma , G.Manikandan, Arunansu Haldar Ống Hydroforming in Automotive Applications TATA STEEL, 2010 [9] Jainil Desai, Jaydeep Karandikar Hydroforming and Latest Advances Journal of Materials Processing Technology, 2012 [10] A El Hami, B Radi and A Cherouat Hydroforming Process: Identification of the Material’s Characteristics and Reliability Analysis Published by Intechopen, 2012 [11] Ho Choi, Muammer Koc, Jun Ni , A study on Warm Hydroforming of Al and Mg sheet materials: mechanism and proper temperature conditions Journal of manufacturing science and Engineering, vol 130 / 041007, 2008 [12] Joanim Lundqvist, Numerical Simulation of Ống Hydroforming, Lulea 115 Luan van ` University of TechnologySweden, 2005 [13] Harjinder Singh, Fundamentals of hydroforming, Society of Manufacturing Engineers, 2003 [14] L.H Lang, Z.R Wang, D.C Kang, S.J Yuan, J Danckert, K.B Nielsen, Hydroforming highlights: sheet hydroforming and ống hydroforming Journal of Materials Processing Technology, vol 151, page 165-177, 2004 116 Luan van S K L 0 Luan van