Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống

Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống.

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số áp suất chất lỏng p i, chuyển vị mặt đầu ống s và lực dọc trục F a trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T Kết quả nghiên cứu xác định các thông số công nghệ phù hợp để đạt được hình dáng và kích thước sản phẩm theo thiết kế Đối với chi tiết ống trụ bậc, tỷ số đường kính phình giãn rộng trên đường kính phôi cần đạt D p /d 0  1.3 và mức độ biến mỏng tối đa  max  30% Đối với chi tiết ống chữ T, tỷ số chiều cao vấu trên đường kính phôi yêu cầu H v /d 0  0.5 và mức độ biến mỏng tối đa  max  30%.

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm:

Nghiên cứu mô phỏng số sử dụng phần mềm Abaqus/CAE nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào Nghiên cứu xác định các miền giá trị áp suất chất lỏng, chuyển vị mặt đầu ống và lực dọc trục, đồng thời thiết lập các giới hạn tạo hình và miền tạo hình hiệu quả để ngăn chặn các dạng sai hỏng Bên cạnh đó, nghiên cứu còn xây dựng các mối quan hệ toán học giữa các thông số đầu ra và đầu vào cho chi tiết dập tạo hình cụ thể, từ đó tiến hành thực nghiệm kiểm chứng và so sánh.

Nghiên cứu thực nghiệm về quá trình dập thủy tĩnh phôi ống tại Việt Nam sử dụng máy ép thủy lực, máy dập thủy tĩnh, thiết bị điều khiển, thiết bị tăng áp và thiết bị đo lường Mục tiêu là đảm bảo việc xử lý số liệu chính xác và tin cậy, từ đó áp dụng hiệu quả trong nghiên cứu và sản xuất.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp luận khoa học nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110 Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định miền giá trị của áp suất chất lỏng, chuyển vị mặt đầu ống và lực dọc trục, từ đó xây dựng hàm số để xác định các giới hạn biến dạng tạo hình hợp lý.

Bài viết trình bày phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm để kiểm chứng quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, nhằm tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T Mô hình toán học được xây dựng để mô tả sự phụ thuộc của các hàm số mục tiêu đầu ra, bao gồm tỷ số đường kính vùng giãn nở (D p /d 0), tỷ số chiều cao vấu (H v /d 0) và mức độ biến mỏng thành ống lớn nhất (ε max), vào hai thông số đầu vào là áp suất chất lỏng (p i) và chuyển vị mặt đầu ống (s Σ) với độ tin cậy cao.

Các đóng góp mới của luận án

Đề xuất một mô hình nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình các chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T từ vật liệu CDA110 Các giới hạn khảo sát được xác định là Dp/do = 1.3 đến 1.56 và Hv/do = 0.5 đến 1.0, với điều kiện mức độ biến mỏng thành ống εmax.

Để xác định miền giá trị lực dọc trục hợp lý trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, cần dựa vào hai thông số đầu vào khảo sát là áp suất chất lỏng (p i) và chuyển vị mặt đầu ống (s) Quá trình này nhằm tạo hình các chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110, sử dụng các công thức toán học tương ứng.

Xác định giới hạn hợp lý trong việc biến dạng tạo hình các chi tiết ống rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm dập đạt yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho kết cấu cơ khí.

Ống rỗng dạng trụ bậc có miền giá trị áp suất chất lỏng từ 25 đến 42 MPa theo đường tải I1 Chuyển vị mặt đầu ống nằm trong khoảng 0 đến 24 mm theo các đường tải a2, a4 và a6 Lực dọc trục F a có giá trị từ 3.58 đến 6.0 T.

Chi tiết ống chữ T có miền giá trị áp suất chất lỏng p i từ 40 đến 55 MPa theo đường tải IT3 Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống s nằm trong khoảng 29 đến 70 mm theo các đường tải AT1, AT2, AT3 Ngoài ra, miền giá trị lực dọc trục F a dao động từ 2.1 đến 5.9 T.

Bố cục của luận án

Luận án được bố cục thành 4 chương:

- Chương 1 Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống.

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống.

- Chương 3 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống bằng mô phỏng số.

- Chương 4 Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống bằng thực nghiệm

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG 5 1.1 Khái quát về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

Các kết quả nghiên cứu ngoài nước và trong nước về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình sản phẩm ống chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm máy ép thủy lực, hệ thống điều khiển, độ kín khít của hệ thống, cơ tính của vật liệu phôi ống, các thông số công nghệ và điều kiện bôi trơn.

Qua khảo sát tài liệu và bài báo công bố trong những năm qua, đặc biệt là trong 5 năm gần đây, có thể thấy rằng các nhà khoa học trên toàn cầu đang tập trung vào những vấn đề quan trọng sau đây.

Dập thủy tĩnh phôi ống là công nghệ tạo hình hiện đại, tiên tiến, cho phép sản xuất các sản phẩm mỏng với hình dạng phức tạp.

So với các công nghệ tạo hình truyền thống, công nghệ dập thủy tĩnh mang lại độ chính xác và chất lượng bề mặt sản phẩm cao hơn Sản phẩm ống dập thủy tĩnh được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, xe máy và hàng không vũ trụ Công nghệ này giúp giảm trọng lượng, cải thiện độ cứng vững của chi tiết ống, đồng thời cho phép sản xuất quy mô công nghiệp, giảm chi phí và thời gian lắp ráp cũng như bảo trì.

Hình 1.6 và 1.7 trình bày các sản phẩm ống mà khó hoặc không thể tạo hình bằng các công nghệ khác, nhưng lại phù hợp để sản xuất thông qua công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống.

- Các chi tiết ống có hình dạng phức tạp.

- Các chi tiết ống có đường cong sắc nét hoặc bán kính nhỏ phù hợp với các ống có chiều dày thành lớn.

- Các chi tiết ống có trọng lượng nhỏ, không có mối hàn.

- Các chi tiết ống có số lượng mối hàn ít.

- Các bộ phận như hệ thống xả, các bộ phận kết cấu không gian và bộ phận treo trong ô tô.

- Các bộ phận đường dẫn nhiên liệu, đường ống thủy lực, các bộ phận kết cấu không gian và bộ phận treo trong công nghiệp hàng không vũ trụ.

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành ô tô - xe máy, nhờ khả năng cải thiện quy trình sản xuất các chi tiết quan trọng Những bộ phận cấu trúc như giá đỡ động cơ, trụ A, B, C, D và khung gầm được sản xuất hiệu quả hơn nhờ vào công nghệ này.

Bảng 1.1 so sánh các bộ phận chính của hệ thống xả xe mô tô Kawasaki Zx10R, được sản xuất bằng công nghệ truyền thống và công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép tạo ra hình dạng chi tiết phức tạp hơn, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về động lực học thủy khí, nhiệt động lực học và kéo dài thời gian phục vụ Ngoài ra, chi phí sản xuất các bộ phận phức tạp bằng công nghệ dập thủy tĩnh thấp hơn so với việc sản xuất và ghép nối nhiều bộ phận bằng công nghệ truyền thống.

Thanh cản lật Trục cầu chủ Bộ căng đai

Hệ thống lái trợ lực Thanh chéoỐng gân (Cột lái)

Trục truyền động Cánh điều khiển ngang

Bảo vệ chống va đập bên hông

Trục cam Trục cân bằng Động cơ Bộ giảm xóc Bộ giảm rung

Hình 1.6 Các sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ứng dụng trong công nghiệp ô tô [19]

- Một số ưu điểm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống so với công nghệ sản xuất thông thường [1] – [11], [31], [32]:

Công nghệ này nổi bật với khả năng tạo ra trạng thái ứng suất thủy tĩnh trong ổ biến dạng, giúp tăng cường khả năng biến dạng của vật liệu Nhờ đó, nó có thể tạo hình các chi tiết phức tạp như ống chữ T, trục cầu chủ và ống gân, mà các phương pháp công nghệ truyền thống gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện.

(b) Có thể tạo hình kết cấu hoàn thiện với số lượng chi tiết ít nhất và giảm thiểu số lượng mối ghép nối, mối hàn.

Giảm trọng lượng là một lợi ích quan trọng, vì ống có thể được thiết kế và chế tạo với tiết diện, biên dạng và độ dày tối ưu, giúp giảm trọng lượng tổng thể của kết cấu.

Cải thiện độ bền và độ cứng vững của kết cấu có thể đạt được nhờ việc sản xuất các bộ phận ốn với đặc tính kết cấu tốt hơn, phân bố vật liệu một cách đồng đều và giảm thiểu số lượng mối hàn.

Chi phí dụng cụ trong quá trình dập thấp hơn so với các phương pháp sản xuất truyền thống, nhờ vào việc sử dụng ít bộ phận dụng cụ hơn Điều này dẫn đến việc giảm thiểu tổng chi phí dụng cụ.

Quá trình dập có ít công đoạn phụ hơn vì không yêu cầu hoặc chỉ cần rất ít hàn ghép các bộ phận và chi tiết Thay vào đó, các kỹ thuật như đột lỗ, cắt trích và nối ghép có thể được kết hợp trong quá trình dập.

Giảm sự thay đổi kích thước là khả năng tạo ra các bộ phận với dung sai kích thước nhỏ hơn nhờ vào sự biến dạng đồng đều của vật liệu.

Giảm phế phẩm là kết quả của quy trình sản xuất hiệu quả hơn, với ít khuyết tật và lỗi hơn, dẫn đến việc giảm thiểu số lượng phế phẩm và phế liệu trong quá trình sản xuất.

- Một số nhược điểm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống so với công nghệ sản xuất thông thường [31] – [36]:

(a) Thời gian tạo hình dài hơn (khoảng 30–60 giây / bước nguyên công thay vì vài giây với quy trình dập truyền thống.

(b) Đầu tư vốn ban đầu cho thiết bị cao hơn (≈ 30%).

Bán kính nhỏ có thể khó đạt được mà không có bộ tăng áp suất để tạo áp suất cao Các ứng dụng bao gồm ống dẫn nhiệt chống băng kính thiên văn, ống hút nước và chất thải, ống dẫn khí trong hệ thống kiểm soát môi trường, và ống xả động cơ phụ trợ.

Hệ thống ống dẫn chống đóng băng cánh Ống dẫn động cơ Ống dẫn khí tới động cơ phụ

Phân tích đánh giá các nghiên cứu trong và ngoài nước

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống mang lại nhiều ưu điểm trong ứng dụng công nghiệp, nhưng chất lượng sản phẩm và khả năng công nghệ bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số như áp suất chất lỏng p i, lực dọc trục F a, lực đối áp F g, ma sát μ, nhiệt độ, và hình dạng kích thước khuôn Những thông số này có mối quan hệ chặt chẽ và cần được xác định chính xác để lựa chọn chế độ tạo hình tối ưu, thiết bị phù hợp và lập trình điều khiển hiệu quả Việc xác định các thông số này thường khó khăn nếu chỉ sử dụng phương pháp giải tích, do đó cần áp dụng các phương pháp kết hợp như phân tích lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm.

- Những vấn đề đã được nghiên cứu nhiều bao gồm:

+ Sơ đồ công nghệ, nguyên lý quá trình dập; trạng thái ứng suất - biến dạng, ứng suất dư; các hiện tượng hỏng của sản phẩm;

Các thông số công nghệ như áp suất chất lỏng tạo hình (p i), lực dọc trục (F a), đối áp (F g), bôi trơn, hệ thống kín khít và vật liệu phôi ống có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình tạo hình sản phẩm dạng rỗng Những yếu tố này không chỉ quyết định chất lượng sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của sản phẩm cuối cùng Việc tối ưu hóa các thông số này là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất trong quá trình sản xuất.

Các phương pháp dập thủy tĩnh phôi ống bao gồm việc sử dụng áp suất chất lỏng bên trong và bên ngoài để tăng năng suất và khả năng tạo hình Các kỹ thuật này có thể kết hợp áp suất bên trong và bên ngoài, bao gồm dập thủy tĩnh tích hợp với đột thủy tĩnh và nối ghép thủy tĩnh Ngoài ra, phương pháp ủ trung gian và gia nhiệt trong quá trình dập cũng được áp dụng để cải thiện hiệu quả sản xuất.

- Những vấn đề chưa được khai thác hoặc chưa được nghiên cứu:

+ Mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống và khả năng tạo hình các chi tiết dạng rỗng khác nhau;

+ Miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình p i , chuyển vị mặt đầu ống s, lực dọc trục

F a phụ thuộc thời gian cần có những nghiên cứu sâu đối với từng loại chi tiết ống dạng rỗng;

Mối quan hệ toán học giữa các thông số đầu ra như tỷ lệ đường kính phình giãn Dp/d0, tỷ lệ chiều cao vấu Hv/d0 và mức độ biến mỏng εmax có sự phụ thuộc vào áp suất chất lỏng pi và chuyển vị mặt đầu ống sΣ.

Xác định các vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu kiến thức cơ sở về dập thủy tĩnh phôi ống nhằm xây dựng mô hình khảo sát cho bài toán dập thủy tĩnh Mục tiêu là tạo hình hai loại chi tiết khác nhau: chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T Nghiên cứu tập trung vào các trạng thái ứng suất – biến dạng phức tạp và khả năng tạo hình của các chi tiết này.

Mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống được thiết lập để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T từ vật liệu CDA110 trên phần mềm Abaqus/CAE, nhằm khảo sát quá trình tạo hình Kết quả cho thấy miền giá trị áp suất chất lỏng P i theo thời gian, miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống s theo thời gian, miền giá trị lực dọc trục F a theo thời gian và các giới hạn tạo hình được xác định rõ ràng.

Nghiên cứu cho thấy, các nhà kỹ thuật đang chú trọng vào công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống để tiết kiệm vật liệu và rút ngắn thời gian gia công Công nghệ này không chỉ tăng cường cơ - lý tính của vật liệu mà còn cải thiện độ cứng vững và kéo dài tuổi thọ sản phẩm Hơn nữa, nó giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình biến dạng và bảo vệ môi trường khi tạo hình các chi tiết dạng rỗng.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hình dáng và kích thước của chi tiết dạng rỗng, cùng với sơ đồ công nghệ và các phương pháp tạo hình, ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình sản phẩm dập Các thông số công nghệ, thiết bị và công nghệ hiện đại cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật mong muốn.

Tác giả đã phân tích các vấn đề đã được nghiên cứu và những khía cạnh chưa được khai thác để xác định vấn đề nghiên cứu cho đề tài luận án, như đã trình bày chi tiết trong mục 1.4 Những nội dung này sẽ được phát triển trong các chương tiếp theo.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG 33 2.1 Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống

Mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong dập thủy tĩnh phôi ống

Trong công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống, có nhiều lý thuyết và phương pháp khác nhau để xác định mối quan hệ giữa áp suất chất lỏng, lực dọc trục và trạng thái ứng suất Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình dập, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm Việc nghiên cứu mối quan hệ này không chỉ giúp cải thiện kỹ thuật dập mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Biến dạng và sự thay đổi hình dạng là những yếu tố quan trọng trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống Các lý thuyết như lý thuyết vỏ mỏng và lý thuyết biến dạng dẻo đóng vai trò nền tảng trong việc tính toán và mô hình hóa các quá trình này Nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào mối tương quan giữa áp suất chất lỏng, lực dọc trục và kết quả tạo hình, đặc biệt là trong việc tạo ra các chi tiết dạng rỗng như ống trụ bậc và ống chữ T Sự phát triển của các phần mềm dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn đã mang lại khả năng phân tích chi tiết và hiệu quả cho các quá trình dập thủy tĩnh, mở ra nhiều cơ hội mới trong việc tạo hình các chi tiết dạng rỗng đa dạng.

Theo nghiên cứu của Christoph Hartl, các chi tiết rỗng thành mỏng có hình dạng đối xứng tròn xoay chịu tác dụng của lực dọc trục và áp suất chất lỏng bên trong phân bố đồng đều, dẫn đến ứng suất bên trong thành ống có thể được coi là trạng thái ứng suất phẳng dựa trên lý thuyết vỏ mỏng trong hệ tọa độ trụ.

Hình 2.2 a) Cân bằng lực cho phần tử vỏ mỏng [7], b) Các hệ tọa độ cho vỏ hình trụ [127]

Trạng thái ứng suất phẳng được đặc trưng bởi hai thành phần chính: ứng suất tiếp σ θ theo phương chu vi và ứng suất dọc trục σ ϑ theo phương dọc trục, vuông góc với σ θ và tiếp tuyến với bề mặt Trong lý thuyết vỏ mỏng, ứng suất hướng tâm vuông góc với bề mặt thường bị bỏ qua Các thành phần ứng suất σ θ và σ ϑ có thể được xác định thông qua các điều kiện cân bằng của phần tử vỏ mỏng, được tách ra từ vỏ hình trụ dưới áp suất phân bố p 1 dọc theo bề mặt và p 3 vuông góc với bề mặt, như minh họa trong hình 2.2 và được mô tả trong các phương trình (2.1) và (2.2) [7].

Trong bài viết này, N θ và N ϑ đại diện cho tải trọng phân bố theo hướng chu vi và dọc trục, trong khi các tham số r θ và r ϑ là bán kính cong và ϑ là góc trong mặt cắt ngang (hình 2.2b) Bằng cách giải các phương trình (2.1) và (2.2) để tìm N θ và N ϑ, ta có thể tính toán ứng suất σ θ và σ ϑ bằng cách chia cho độ dày thành phôi ống t 0.

Klaas đã xác định các điều kiện cần thiết để bắt đầu quá trình biến dạng dẻo của một phôi ống thẳng hình trụ có thành mỏng dưới tác động của lực dọc trục F a và áp suất chất lỏng bên trong p i Ông dựa vào hai phương trình (2.1) và (2.2) để tính toán ứng suất σ θ và σ z = σ ϑ trong hệ tọa độ trụ, được biểu diễn qua các phương trình (2.3) và (2.4).

Hình 2.3 Phôi ống chịu lực dọc trục và áp suất bên trong [7]

Trong đó: d 0 là đường kính ngoài và t 0 là chiều dày ban đầu của phôi.

Để dập thủy tĩnh tạo hình các chi tiết kim loại dạng rỗng, cần lực dọc trục F a và áp suất bên trong p i tác động lên phôi ống, nhằm tạo ra trạng thái ứng suất phẳng đủ để đạt giá trị ứng suất chảy giới hạn σ Y của vật liệu Theo định luật dẻo Von Mises, ứng suất tương đương σ eff của vật liệu ống được xác định khi xem xét trạng thái ứng suất phẳng.

Ống bắt đầu biến dạng dẻo khi ứng suất tương đương σ eff đạt giá trị σ Y Giá trị ứng suất σ θ và σ z trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào lực dọc trục F a, áp suất bên trong p i, đặc tính vật liệu phôi ống, và điều kiện ma sát giữa phôi ống và khuôn Theo nghiên cứu của Klaas, tỷ số σ z /σ θ thay đổi từ khoảng −1.4 khi bắt đầu đến khoảng từ −0.3 đến 0 khi kết thúc quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, nhằm tạo hình chi tiết hình cầu rỗng với đường kính tối đa.

Trong quá trình tạo hình, sự thay đổi về ứng suất không hoàn toàn tương ứng với biến dạng, do ảnh hưởng của các yếu tố như tính chất vật liệu, nhiệt độ và bôi trơn Theo các phương trình của Levi và Von Mises, có thể tính toán gia số biến dạng dẻo tức thời liên quan đến ứng suất Đối với chi tiết được tạo hình thủy tĩnh, các tương quan về biến dạng có thể được xác định.

Trong nghiên cứu, dε θ đại diện cho gia số biến dạng theo phương chu vi, dε z cho gia số biến dạng theo phương dọc trục, và dε t là gia số biến dạng theo chiều dày phôi t, trong khi λ là đại lượng vô hướng có thể thay đổi Do biến dạng dẻo thường lớn hơn biến dạng đàn hồi, nên biến dạng đàn hồi thường bị xem nhẹ trong phân tích.

Hình 2.4 mô tả các thông số hình học của chi tiết ống trụ bậc, bao gồm chiều rộng phình (w), bán kính phôi ống ban đầu (r0), bán kính cong theo phương dọc (rz), bán kính cong theo phương chu vi (rθ), chiều cao phình (h) và độ dày ở đỉnh phình (t) Ngoài ra, hình cũng thể hiện trạng thái ứng suất tại đỉnh của vùng giãn rộng trong hệ tọa độ trụ.

Gia số biến dạng tương đương dε eff được xác định từ ba gia số biến dạng dε θ, dε z và dε t trong trạng thái ứng suất phẳng Công thức tính dε eff được trình bày trong phương trình (2.9) [7].

𝑒𝑓𝑓 3 𝜃 𝑧 𝜃 𝑧 Để xác định các biến dạng, giả sử gia số biến dạng không đổi và phương biến dạng chính không thay đổi trong quá trình tạo hình, các biến dạng có thể được viết dưới dạng các biến dạng logarit [7]:

Biến dạng εz theo phương dọc trục bắt nguồn từ điều kiện không nén được của vật liệu phôi ống [7]: ε θ + ε z + ε t = 0 (2.13)

Với các giả thiết được đưa ra ở trên, biến dạng tương đương sau đó có thể được suy ra từ phương trình (2.9) là [7]:

Bằng cách áp dụng các mô hình vật liệu thích hợp, chúng ta có thể mô tả mối quan hệ giữa biến dạng tương đương và ứng suất tương đương, nhằm đạt được biến dạng mong muốn theo phương trình (2.15) thông qua kỹ thuật bình phương nhỏ nhất.

Trong đó: K là hệ số biến cứng của vật liệu, n là số mũ hóa bền của vật liệu, ε 0 có thể được tính gần đúng theo phương trình (2.16) [7]:

Mục tiêu thiết kế quá trình dập thủy tĩnh phôi ống là giữ nguyên độ dày thành phôi ống ban đầu t 0 Tuy nhiên, sự thay đổi độ dày là điều không thể tránh khỏi trong quá trình tạo hình, do sự giãn rộng của phôi ống liên quan đến việc giảm chiều dày, chịu ảnh hưởng bởi áp suất chất lỏng bên trong p i và lực dọc trục F a Theo lý thuyết, độ dày của thành phôi ống không thay đổi khi tỷ lệ σ z /σ θ = −1, nhưng sự xuất hiện của các dạng hỏng có thể giới hạn giá trị của áp suất chất lỏng P i và lực dọc trục F a.

Xây dựng mô hình nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

Dựa trên quy trình dập thủy tĩnh phôi ống và các mối quan hệ ứng suất, biến dạng, chúng tôi xây dựng mô hình cho bài toán dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T với vật liệu CDA110 (99.9%Cu) Mô hình này giúp nghiên cứu các thông số cơ bản một cách tường minh và chính xác, đồng thời xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dập.

0 định được các giới hạn tạo hình và kiểm soát quá trình dập cho hai chi tiết dạng rỗng theo các tiêu chí đầu ra:

- Chi tiết ống trụ bậc: D p /d 0 = 1.30  1.56 và  max < 30%.

- Chi tiết ống chữ T (có đường kính vấu D v = d 0 ): H v /d 0 = 0.5  1.0 và  max < 30%. Ống trụ bậcCấp chất lỏng cao áp

Phôi ống Ống chữ TCấp chất lỏng cao áp

Chày Khuôn dưới Chày Khuôn dưới a) b) c) d) e)

Mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống bao gồm các chi tiết quan trọng như: a) Tạo hình chi tiết ống trụ bậc, b) Tạo hình chi tiết ống chữ T, c) Chi tiết phôi ống, d) Chi tiết ống trụ bậc, e) Chi tiết ống chữ T.

Giá trị của các tiêu chí đánh giá được xác định dựa trên lý thuyết vỏ mỏng, biến dạng dẻo, và ứng suất tương đương so với ứng suất chảy giới hạn của vật liệu CDA110 Các tiêu chí đầu ra từ hai chi tiết nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, công nghệ, thực tiễn và ứng dụng Hai chi tiết được lựa chọn có dạng cơ bản, đại diện cho các ống phổ biến như ống trụ bậc và ống đối xứng hình chữ T Từ những hình dạng cơ bản này, có thể suy ra các chi tiết phức tạp như trục khuỷu rỗng và ống xả ô tô, xe máy.

Các thông số hình học của phôi ống và chi tiết bao gồm: d0 (đường kính phôi), t0 (chiều dày phôi), L0 (chiều dài phôi ống), ti (chiều dày chi tiết vùng giãn rộng), Dp (đường kính phình giãn rộng), Lp1 (chiều dài vùng phình giãn rộng 1), Lp2 (chiều dài vùng phình giãn rộng 2), Lp (chiều dài chi tiết ống trụ bậc), Dv (đường kính vấu), tc (chiều dày chi tiết ở đỉnh vấu), và LT (chiều dài chi tiết ống chữ T).

2.3.1 Xác định các thành phần lực dọc trục

Hình 2.6 Các thành phần lực ở vị trí mặt đầu ống trong quá trình dập hình thủy tĩnh [7]

Lực dọc trục F a trong quá trình dập (hình 2.6) có thể được tạo thành từ ba thành phần lực dọc trục biểu diễn theo phương trình (2.17) [7]:

Lực F p là lực kín khít tối thiểu, được xác định theo áp suất chất lỏng p i Giá trị của lực này tương đương với phản lực do áp suất chất lỏng bên trong tác động lên mặt đầu chày, được tính toán theo phương trình (2.18) [7].

Lực Fz là lực biến dạng trong thành ống, kết hợp với áp suất bên trong để duy trì sự biến dạng dẻo của vật liệu Giá trị của lực Fz trong quá trình dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết ống trụ bậc được xác định theo phương trình (2.19) [7].

Fz ≈ α * σU * t 0 * * (dπ * (d 0 − t 0 ) (2.19) với α = 1.2  2.0 Đối với chi tiết ống chữ T, giá trị lực F z theo phương trình (2.20) [130]:

Lực ma sát F f xuất hiện giữa bề mặt phôi ống và bề mặt khuôn, gây cản trở trong quá trình tạo hình Để khắc phục lực ma sát này, cần có lực dọc trục F a Lực ma sát theo quy luật Coulomb được xác định theo phương trình (2.21) [7].

Công thức tính lực F f được xác định bởi F f = μ * σ N * d0 * (π * (d l tx – s), trong đó μ là hệ số ma sát, l tx là chiều dài tiếp xúc ban đầu của ống với bề mặt khuôn, s là chuyển vị mặt đầu ống, và σ N là áp suất tiếp xúc giữa thành ống và khuôn Áp suất σ N được tính theo công thức σ N = β * σ σ * Y + p i, với β ≈ 1.8t 0 /d 0 khi t 0 /d 0 < 0.2.

Kết hợp các phương trình từ (2.17) đến (2.22) ta thu được lực dọc trục F a theo phương trình (2.23) cho quá trình dập thủy tĩnh tạo hình chi tiết ống trụ bậc:

+μ ∗ (β ∗ 𝜎 𝑌 + 𝑝 𝑖 ) ∗ 𝑑 0 ∗ π ∗ (𝑙 𝑡𝑥 − 𝑠) (2.23) và phương trình (2.24) cho quá trình dập thủy tĩnh tạo hình chi tiêt ống chữ T:

2.3.2 Xác định các giới hạn tạo hình và kiểm soát quá trình tạo hình

Các thông số hình học và đặc tính vật liệu của phôi ống và khuôn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các dạng hỏng như nhăn, rách và cong của chi tiết ống trụ bậc, ống chữ T Bên cạnh đó, việc kiểm soát quá trình tạo hình, đặc biệt là áp suất bên trong P i và lực dọc trục F a, cũng rất quan trọng Để ngăn chặn hiện tượng nhăn, rách và mất ổn định, cần thiết phải xác định rõ các giới hạn trong sơ đồ kiểm soát quá trình Việc này sẽ giúp kiểm soát hiệu quả quá trình dập thủy tĩnh, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu các dạng hỏng.

2.3.2.1 Điều kiện không xuất hiện nếp nhăn

Sự hình thành nếp nhăn cục bộ chủ yếu phụ thuộc vào độ dày tương đối của ống, với hai dạng nhăn có thể xảy ra trong quá trình dập thủy tĩnh: nhăn đối xứng, nơi sóng xuất hiện theo phương dọc trục nhưng không theo chu vi, và nhăn không đối xứng, nơi sóng xuất hiện ở cả phương dọc trục và phương tiếp tuyến Điều kiện để ngăn chặn nếp nhăn được biểu thị qua phương trình σ eff < σ Y.

Từ phương trình (2.3), (2.5) và (2.25) ta có: p ∗ (𝑑

Bằng cách xác định các thông số phù hợp như áp suất bên trong (P i), đường kính ống (d 0), chiều dày ống (t 0) và chuyển vị mặt đầu ống (s), có thể ngăn ngừa hiện tượng nhăn ống ở vùng biến dạng giãn rộng Việc áp dụng các phương trình (2.4) và (2.26) sẽ giúp đảm bảo hiệu quả trong quá trình này.

Hình 2.7 a) Hiện tượng nhăn, b) và c) Chi tiết ống trụ bậc và ống chữ T có dạng hỏng nhăn [72], [131]

Các chi tiết rỗng đối xứng trục có thể bị nhăn khi ứng suất dọc trục vượt quá mức tới hạn trong quá trình tạo hình Trong khi đó, chi tiết ống chữ T cũng có thể gặp tình trạng nhăn dù thành ống tiếp xúc với khuôn Để tránh hiện tượng nhăn, cần áp dụng biện pháp kiểm soát lực dọc trục và áp suất bên trong phù hợp Phương pháp xác định sự xuất hiện của nếp nhăn cho ống chịu lực dọc trục không có áp suất bên trong và không bị giới hạn bởi khuôn xung quanh được trình bày trong tài liệu.

Ứng suất nén tới hạn dọc trục được ký hiệu là \(E_t\) và liên quan đến độ dày thành phôi ống (\(t_0\)), bán kính phôi ống (\(r_0\)), hệ số Poisson (\(ν\)), môđun đàn hồi (\(E\)), và môđun tiếp tuyến (\(E_t\)).

Để ngăn ngừa hiện tượng nhăn trong quá trình dập thủy tĩnh ống chữ T, Zscheke và Boehem đã xác định áp suất bên trong tối thiểu cần thiết, được biểu diễn qua phương trình (2.28), trong đó Dv là đường kính của vấu.

2.3.2.2 Điều kiện để không xảy ra rách

Hiện tượng "cổ thắt" xảy ra trong quá trình tạo hình ống do ứng suất tiếp quá lớn, dẫn đến thành ống bị biến mỏng và rách dọc theo trục Vị trí cục bộ thường được tạo hình song song với trục khi ống giãn rộng Áp suất bên trong ống sẽ tăng lên, đạt cực đại trước khi giảm khi ống tiếp tục giãn Điều này cho thấy áp suất tối đa và biến dạng tới hạn ở vị trí cục bộ có thể được xác định từ điều kiện ứng suất tối đa theo các phương trình đã nêu.

Do vật liệu không nén được, phương trình (2.29) có thể được viết lại thành:

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG BẰNG MÔ PHỎNG SỐ

Lựa chọn công cụ mô phỏng số

Hiện nay, nhiều phần mềm tính toán phần tử hữu hạn và mô phỏng số như Abaqus, Deform 3D, AutoForm, Pam-Stamp, LS-DYNA, và MARC đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thiết kế công nghiệp, mang lại kết quả chính xác cao cho quá trình dập thủy tĩnh phôi ống.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình chi tiết ống trụ bậc và ống chữ T Nghiên cứu sẽ xác định khả năng tạo hình, áp suất chất lỏng, chuyển vị cấp phôi, lực dọc trục, các giới hạn tạo hình, ứng suất, biến dạng và chiều cao vấu Để đạt được điều này, phần mềm mô phỏng cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật liên quan.

+ Thiết lập mô hình hình học;

+ Thiết lập mô hình vật liệu;

+ Thiết lập lưới biến dạng;

+ Thiết lập các điều kiện biên phù hợp với bài toán biến dạng dưới tác dụng của áp suất chất lỏng;

Trong quá trình tạo hình, việc phân tích chuyển vị cấp phôi, đường tải lực dọc trục, và đường tải áp suất chất lỏng là rất quan trọng Những yếu tố này ảnh hưởng đến ứng suất và biến dạng của vật liệu, đồng thời giúp nhận diện các dạng hỏng có thể xảy ra Việc hiểu rõ các yếu tố này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

+ Thao tác sử dụng phần mềm không phức tạp;

+ Cấu hình thiết bị cơ bản.

Dựa trên các yêu cầu đã đề ra, luận án này áp dụng phần mềm Abaqus/CAE của tập đoàn Dassault Systèmes Simulia Corp để nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống.

Các bước thiết lập bài toán mô phỏng số dập thủy tĩnh phôi ống bằng phần mềm Abaqus/CAE:

Quy trình thực hiện bài toán mô phỏng số được chia thành ba phần chính: tiền xử lý, giải bài toán và phân tích, đánh giá kết quả.

Hình 3.2 Các bước thiết lập bài toán mô phỏng [2]

Trong phần tiền xử lý cần phải thực hiện các bước:

+ Xây dựng mô hình hình học;

+ Sử dụng mô hình vật liệu thực nghiệm;

+ Thết lập mô hình phần tử hữu hạn;

+ Thiết lập mô hình điều kiện biên với các điều kiện tiếp xúc, ma sát, ràng buộc chuyển vị, chuyển vị, áp suất chất lỏng v.v.

Phần giải bài toán sẽ áp dụng phương pháp PTHH phân tích, giải các phương trình vi phân mô tả quá trình biến dạng tại từng thời điểm.

Sau khi hoàn thành bài toán, phần hậu xử lý giúp khai thác kết quả mô phỏng số, cho phép phân tích các yếu tố như trường phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị, và phân bố dòng chảy kim loại Những kết quả này có thể được trình bày dưới dạng hình ảnh và đồ thị, từ đó đưa ra nhận xét về quá trình biến dạng tạo hình và chất lượng sản phẩm.

Dựa trên kết quả phân tích quá trình dập tạo hình, chúng ta có thể cập nhật mô hình hình học, vật liệu và điều kiện biên để tối ưu hóa các thông số đầu vào, bao gồm thông số hình học của phôi, biên dạng khuôn và thông số công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu thiết kế.

Abaqus/CAE nổi bật với khả năng định nghĩa dữ liệu bề mặt 3D một cách hợp lý, cho phép xác định chính xác các vùng tạo hình như vùng dẫn hướng, vùng chuyển tiếp và vùng biến dạng giãn rộng Ngoài ra, phần mềm cũng có thể xác định các vùng nhăn, vùng rách, biến mỏng và vùng an toàn, đồng thời đánh giá hiệu ứng đàn hồi ngược.

Các mô hình mô phỏng số cho quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tạo hình các chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T đã được xây dựng với việc giữ nguyên các yếu tố thiết yếu của quá trình.

(a) Kích thước hình học của mô hình khối 3D giống như kích thước phôi ống thực nghiệm và biên dạng của lòng khuôn;

(b) Điều kiện biên của mô phỏng tương tự như điều kiện biên của thực nghiệm.

Thiết lập bài toán mô phỏng số nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 50 1 Thiết lập mô hình hình học 3D

3.2 Thiết lập bài toán mô phỏng số nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

3.2.1 Thiết lập mô hình hình học 3D

Mô hình hình học cho bài toán dập thủy tĩnh phôi ống bao gồm chày, khuôn và phôi được xây dựng trên phần mềm Abaqus/CAE, đáp ứng yêu cầu chính xác về hình dạng và kích thước sản phẩm Nghiên cứu thử nghiệm ban đầu nhằm đánh giá tính phù hợp của mô hình và phân tích quá trình tạo hình tập trung vào trường hợp dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết ống trụ bậc Phôi ống không hàn có đường kính ngoài 22.2 mm, chiều dài 120 mm và độ dày 1.2 mm, với tỷ lệ t 0 / d 0 = 1.2.

Hình 3.2 Mô hình hình học của phôi, chày và khuôn

3.2.2 Chia lưới phần tử Để tính toán trường phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị hay vận tốc dòng chảy vật liệu bằng phương pháp phần tử hữu hạn, cần thiết phải chia lưới phần tử cho phôi và khuôn Việc chia lưới phần tử phù hợp rất quan trọng bởi vừa phải đảm bảo độ chính xác của bài toán khảo sát, vừa tiết kiệm thời gian Sau khi chạy một số mô phỏng thử nghiệm, ta chọn chia lưới phần tử cho phôi ống biến dạng dẻo sử dụng các phần tử vỏ mỏng R3D4 RNODE3D S4R Explicit với công thức tính toán phần tử Lagrangian-Eulerian được tích hợp đầy đủ với 9600 phần tử Khuôn cứng vững với 82816 phần tử và chày cứng vững với 3600 phần tử R3D4 Mô hình lưới phần tử được biểu diễn trên hình 3.3.

Hình 3.3 Chia lưới phần tử cho phôi và khuôn

Trong quá trình tính toán biến dạng, vật liệu là yếu tố quyết định tính chính xác và độ tin cậy của công nghệ Mô hình vật liệu trong mô phỏng số rất quan trọng, vì nó thể hiện cách vật liệu ứng xử trong quá trình tạo hình Các thông số của mô hình vật liệu cho phôi được liệt kê trong bảng 3.1 và cập nhật trực tiếp đường cong quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ở nhiệt độ phòng, như thể hiện trong hình 4.7.

Bảng 3.1 Các thông số và đặc tính kỹ thuật của vật liệu nghiên cứu CDA110 [138] - [140]

Các thông số và đặc tính kỹ thuật của vật liệu CDA110 Giá trị

Nhiệt độ khảo sát thông số vật liệu ( o C) 24

Mô đun đàn hồi, E (GPa) 115

Hệ số biến cứng, K (MPa) 325

Hệ số Poisson, ν 0.33 Ứng suất chảy giới hạn,  Y (MPa) 170 Ứng suất bền giới hạn,  U (MPa) 370

Mức độ giãn dài tương đối,  (%) 40

3.2.4 Thiết lập các điều kiện biên

Các điều kiện biên cho quá trình gia công bao gồm nhiệt độ ban đầu của dụng cụ và phôi là 24°C (nhiệt độ phòng) Sự tiếp xúc giữa phôi và khuôn được thực hiện theo phương pháp tiếp xúc động học với hệ số ma sát trượt là μ = 0.1 Bên cạnh đó, các điều kiện về đường tải áp suất chất lỏng tạo hình và đường tải chuyển vị của chày dọc trục cũng được thiết lập để thực hiện quá trình ép hai đầu ống nhằm cấp phôi.

Dựa trên các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi ống, chúng tôi đã xác định các đường tải tối ưu cho mô hình nghiên cứu và thực tiễn Để đảm bảo tính khả thi trong sản xuất, các đường tải được lựa chọn là tuyến tính, phù hợp với các giai đoạn tăng áp, biến dạng ổn định và giữ áp suất, nhằm tạo hình chi tiết theo biên dạng lòng khuôn.

Chuyển vị mặt đầu ống thông qua chày trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống tạo ra ứng suất nén dọc trục Quá trình này được phân loại theo tham số không có thứ nguyên s /L 0, trong đó s là tổng chuyển vị mặt đầu ống và L 0 là chiều dài phôi Phân loại này được trình bày theo bốn mức trong bảng 3.2 [7], liên quan đến áp suất chất lỏng.

Bảng 3.2 Bốn mức cấp phôi trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống [7]

Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4

Theo lượng cấp phôi dọc trục s /L 0 = 0

(mặt đầu ống không di chuyển để dập thủy tĩnh) s /L 0  0.01  0.1 s /L 0  0.1  0.2 s /L 0 > 0.2

3.2.4.1 Với dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết ống trụ bậc

- Điều kiện bắt đầu biến dạng dẻo vật liệu ống CDA110, theo các phương trình (2.37) và (2.38), ta xác định được lực dọc trục F Y và áp suất P Y :

- Xác định áp suất bên trong P b tại thời điểm xuất hiện dạng hỏng rách trong giai đoạn biến dạng tự do, theo phương trình (2.31), ta xác định được:

Hình 3.4 Đường tải áp suất chất lỏng p i (t): I1

Các mô phỏng số khảo sát quá trình dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết ống trụ bậc được thực hiện với áp suất chất lỏng theo đường tải p i (t): I1 (hình 3.4) và chuyển vị mặt đầu ống.

+ Mức 3 s /L 0  0.1  0.2, với s = 12  24 (mm); Áp suất chất lỏng P i (t)

Mức 4 s /L 0 > 0.2, với s > 24 mm là hai thông số công nghệ quan trọng trong việc đánh giá khả năng tạo hình của chi tiết ống trụ bậc Các giá trị D p và đường tải s(t) thể hiện rõ sự liên quan giữa các thông số này, được minh họa qua hình 3.5 với các điểm a2, a4, a6, a8.

D p /d 0 , t min ,  max (theo tiêu chí đánh giá D p /d 0 = 1.30  1.56, mức độ biến mỏng  max

< 30 %) Trong đó: D p là đường kính phình giãn rộng, t min là chiều dày nhỏ nhất của ống,  max là mức độ biến mỏng lớn nhất của ống.

Hình 3.5 Đường tải chuyển vị mặt đầu ống s(t): a2, a4, a6, a8 3.2.4.2 Với dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết ống chữ T

Để ngăn ngừa tình trạng nhăn trong quá trình dập thủy tĩnh ống chữ T, áp suất bên trong tối thiểu cần thiết được xác định bằng phương trình p i-min = (0.13 + 1.15t 0 /D v ) * σ Y Cụ thể, với t 0 = 1.2 và D v = 22.2, ta tính được p i-min = 32.67 MPa.

D v /d 0 = 1, D v là đường kính vấu: D v = d 0 = 22.2 mm.

Các mô phỏng số về quá trình dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết ống chữ T được thực hiện với áp suất chất lỏng theo đường tải P i (t): IT1, IT2, IT3 (hình 3.6) và theo dõi chuyển vị mặt đầu ống.

Mức cấp phôi lớn s /L 0 > 0.2 và s > 24 mm theo các đường tải s(t): AT1, AT2, AT3, AT4 là hai thông số công nghệ quan trọng để đánh giá khả năng tạo hình của chi tiết ống chữ T Các giá trị H v, H v /d 0, t min, và  max được sử dụng theo tiêu chí đánh giá H v /d 0 = 0.5  1.0, giúp xác định mức độ biến mỏng trong quá trình sản xuất.

 max < 30 % Trong đó: H v là chiều cao của vấu, t min là chiều dày nhỏ nhất của ống,

 max là mức độ biến mỏng lớn nhất của ống.

Chuyển vị mặt đầu ống s(t) 00.05

Hình 3.6 Đường tải áp suất chất lỏng p i (t): IT1, IT2, IT3

Hình 3.7 Đường tải chuyển vị mặt đầu ống s(t): AT1, AT2, AT3, AT4

Khảo sát ảnh hưởng của bốn mức độ cấp phôi và áp suất chất lỏng tới khả năng tạo hình chi tiết ống trụ bậc

Sau khi thiết lập mô phỏng số quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, tiến hành giải với phần mềm Abaqus/CAE trên máy tính.

Khi hoàn tất tính toán, chúng ta có thể phân tích quá trình tạo hình và xác định sản phẩm cho việc dập thủy tĩnh nhằm đạt được các mục tiêu đã đề ra.

Kết quả biến dạng quan trọng trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống đã được thể hiện, tập trung vào việc tạo hình chi tiết ống trụ bậc Quá trình này liên quan đến chuyển vị mặt đầu ống và áp suất chất lỏng, cho thấy sự ảnh hưởng của các yếu tố này đến hình dạng cuối cùng của sản phẩm.

Qua phân tích biên dạng ống và lưới biến dạng, chúng ta có thể xác định thời điểm xuất hiện nhăn hoặc mức độ biến mỏng quá lớn dẫn đến rách ống Khi lượng chuyển vị mặt đầu ống và áp suất chất lỏng tăng lên, mức độ biến dạng cũng thay đổi đáng kể Thông qua các hình ảnh, chúng ta có thể nhận thấy rõ ràng sự thay đổi này và xác định thời điểm thành ống xuất hiện nhăn, mất ổn định hoặc rách.

Mức 1 s /L 0 = 0, được khảo sát với p i = 20  30 (MPa) theo đường tải I1 Kết quả biến dạng tạo hình được tóm tắt trong bảng 3.3.

Bảng 3.3 Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 1 s  /L 0 = 0

Với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 1, áp suất chất lỏng gây rách được xác định là p i ≥ 28 MPa, tương ứng với mức độ biến mỏng tối đa là ε max = 39.1%.

Mức 2 s /L 0  0.01  0.1, với s = 1.2  12 (mm) theo đường tải a2, a4; áp suất chất lỏng p i = 25  30 (MPa) theo đường tải I1, kết quả biến dạng tạo hình được tóm tắt trong bảng 3.4.

Bảng 3.4 Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 2 s  /L 0  0.01  0.1

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 2, áp suất chất lỏng tạo hình hiệu quả được xác định trong khoảng p i = 25  30 (MPa) Khả năng tạo hình đạt yêu cầu với các thông số D p /d 0 tăng từ 1.30  1.53 và mức độ biến mỏng  max < 30%.

Mức 3 s /L 0  0.1  0.2, với s = 12  24 (mm) theo tải vị a2, a4, a6; áp suất chất lỏng p i = 25  42 (MPa) theo đường tải I1, kết quả biến dạng tạo hình được tóm tắt trong bảng 3.5.

Bảng 3.5 Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 3 s  /L 0  0.1  0.2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Kết hợp các đường tải I1 và a2

Kết hợp các đường tải I1 và a4

Kết hợp các đường tải I1 và a6

Kết hợp các đường tải I1 và a6

Với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 3, áp suất chất lỏng tạo hình hiệu quả được xác định trong khoảng p i = 25  42 (MPa) Khả năng tạo hình đạt yêu cầu khi các thông số D p /d 0 tăng từ 1.31 đến 1.56, đồng thời mức độ biến mỏng đạt giá trị tối đa  max < 30%.

Mức 4 s /L 0 > 0.2, với s > 24 mm theo đường tải a8, áp suất chất lỏng p i = 25 

42 (MPa) theo đường tải I1, kết quả biến dạng tạo hình được tóm tắt trong bảng 3.6.

Bảng 3.6 Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 4 s  /L 0 > 0.2

Kết hợp các đường I1 và a8

Kết hợp các đường I1 và a8

Với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 4, từ kết quả của bảng 3.6 có thể thấy xảy ra hiện tượng mất ổn định (nhăn, gập).

Dựa trên kết quả từ các bảng 3.3, 3.4, 3.5 và 3.6, khả năng tạo hình chi tiết ống trụ bậc đã đạt được mục tiêu đề ra, với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 1 (s ).

Mức 2 (s  /L 0  0.01  0.1) và mức 3 (s  /L 0  0.1  0.2) được xác định theo các đường tải a2, a4, a6, với áp suất chất lỏng p i nằm trong khoảng 25  42 (MPa) theo đường tải I1 (bảng 3.7) Dựa trên những thông số này, có thể xác định miền giá trị của các thông số công nghệ và các giới hạn tạo hình trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, nhằm tạo ra các chi tiết ống trụ bậc (hình 3.8, 3.9, 3.10).

Miền giá trị áp suât chất lỏng

Bảng 3.7 Kết quả mô phỏng biến dạng tạo hình chi tiết ống trụ bậc đạt yêu cầu

3.3.5 Miền giá trị của các thông số công nghệ

3.3.5.1 Miền giá trị áp suất chất lỏng

Miền giá trị áp suất chất lỏng p i nằm trong khoảng 25 đến 42 MPa theo đường tải I1, được xác định bởi hai đường áp suất chất lỏng màu xanh dương và màu cam (hình 3.8) Điều này là cần thiết để thực hiện quá trình dập thủy tĩnh nhằm tạo hình chi tiết ống trụ bậc đạt tiêu chuẩn yêu cầu.

Hình 3.8 Miền giá trị áp suất chất lỏng Á p su ất c hấ t l ỏn g p i (t ) (M P a) 0 0 05

Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống

Theo đồ thị hình 3.8, miền giá trị áp suất chất lỏng tăng tuyến tính từ 0 MPa (s = 0 mm) đến 25 MPa (s = 0 mm) và 42 MPa (khi s tăng từ 0 đến 6 mm) trong khoảng thời gian từ 0 đến 0.5 chu kỳ tạo hình Trong khoảng thời gian từ 0.5 đến 1.0 chu kỳ, áp suất p i được duy trì ở giá trị hằng số, với giá trị tối đa p i-max đạt 25 MPa (s = 0 mm) và 42 MPa (khi s tăng từ 6 đến 12 mm) Độ chênh lệch giữa hai giá trị áp suất lớn nhất là 17 MPa.

3.3.5.2 Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống

Hình 3.9 Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống

Theo đồ thị hình 3.9, miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống bắt đầu từ mức 1 (s = 0 mm) và tăng lên mức 4 (s = 24 mm theo đường tải a6) Trong khoảng thời gian từ 0 đến 0.5 chu kỳ thời gian tạo hình, s tăng tuyến tính từ 0 mm đến 24 mm Tiếp theo, trong khoảng thời gian từ 0.5 đến 1.0 chu kỳ thời gian tạo hình, s có thể tiếp tục tăng lên giá trị 24 mm theo đường tải a2 và a4 Độ chênh lệch lớn nhất giữa hai giá trị chuyển vị mặt đầu ống là 24 mm.

3.3.5.3 Miền giá trị lực dọc trục F a

Từ các phương trình (2.17), (2.18), (2.19), (2.21), (2.22), (2.23), (2.35) và (2.38) ta xác định được lực dọc trục F a cho mô hình bài toán nghiên cứu như sau:

C hu yể n vị m ặt đ ầu ố ng s  (t ) (m m )

Miền giá trị lực dọc trục F a

F a-max = 35816.65 + 572.77 * pi (N) = 1.346 (Tấn)) (3.2) với d 0 = 22.2 mm, t 0 = 1.2 mm, l tx = 38 mm, a = 1 mm,  = 1.2, μ = 0.1,  = 0.0973.

Dựa trên miền giá trị áp suất chất lỏng, miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống và phương trình tương ứng, chúng ta có thể xác định được miền giá trị lực dọc trục trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết ống trụ bậc.

Hình 3.10 Miền giá trị lực dọc trục F a

Theo đồ thị hình 3.10, lực dọc trục F a tăng tuyến tính từ 3.58 T đến 5.0 T hoặc 6.0 T trong khoảng thời gian từ 0 đến 0.5 chu kỳ tạo hình Trong giai đoạn từ 0.5 đến 1.0 chu kỳ, F a duy trì giá trị hằng số, đạt mức F a-max từ 5.0 đến 6.0 T Độ chênh lệch giữa hai giá trị lực dọc trục lớn nhất là 1 T.

Trong quá trình tạo hình chi tiết ống trụ bậc, cần chú ý đến mối quan hệ ràng buộc theo thời gian giữa các giá trị F a, p i và s để đảm bảo đạt yêu cầu thiết kế mà không xảy ra hiện tượng nhăn, rách hay cong Miền giá trị lực dọc trục F a có hình dạng tương tự như miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình p i.

L ực d ọc tr ục F a (t ) (T ấn ) s  (mm) p i (MPa)

3.3.6 Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu ra với với áp suất chất lỏng p i và chuyển vị mặt đầu ống s 

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG BẰNG THỰC NGHIỆM

Hệ thống thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống

Hình 4.1 Hệ thống thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống DTT-2018 – HVKTQS

Hệ thống thiết bị được mô đun hóa, cho phép kết nối linh hoạt để hình thành một hệ thống hoàn chỉnh, phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm về quá trình dập thủy tĩnh phôi ống.

Hệ thống thí nghiệm gồm các mô đun, thành phần sau:

Máy dập thủy tĩnh phôi ống là thiết bị chuyên dụng để thực hiện quá trình dập phôi ống Nó hoạt động bằng cách di chuyển các chày dọc theo trục và bơm chất lỏng vào lòng ống, từ đó tăng áp lực để thực hiện dập thủy tĩnh hiệu quả.

Các mô đun chính trong hệ thống thực nghiệm được tích hợp một cách hợp lý, giúp kiểm soát quá trình tạo hình và dễ dàng điều chỉnh Sơ đồ hệ thống cho phép thực hiện các thao tác đơn giản và nhanh chóng điều chỉnh thông số Quá trình đo và lưu trữ dữ liệu được tự động hóa, đồng thời xử lý kết quả nhanh chóng và hiển thị trên màn hình.

Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm

Hình 4.3 Máy ép thủy lực YH-32

- Kích thước bàn máy 630 x 630 mm.

4.1.2 Máy dập thủy tĩnh phôi ống

Hình 4.4 Các mô đun và thành phần của máy dập thủy tĩnh phôi ống DTT-2018

Máy dập thủy tĩnh phôi ống DTT-2018 của Học viện Kỹ thuật Quân sự, được điều khiển bằng PLC, có bàn máy di trượt giúp dễ dàng tháo lắp khuôn và chống kẹt Thiết bị này lý tưởng cho nghiên cứu các thí nghiệm dập thủy tĩnh phôi ống, với các thông số kỹ thuật và đặc tính nổi bật.

- Áp suất chất lỏng tạo hình max: 100 MPa.

- Lực ép dọc trục: hai xy lanh thủy lực XLTL-D125 có lực ép danh nghĩa max 20 tấn.

- Hành trình xy lanh: 60 mm.

- Kích thước bàn máy: 1000 x 400 mm.

- Chất lỏng tạo hình và bôi trơn: dầu thủy lực Caltex Hydraulic Oil AW 68.

Khuôn dập thủy tĩnh phôi ống được thiết kế căn cứ vào cơ sở lý thuyết và kết quả mô phỏng với các yêu cầu kỹ thuật:

- Khuôn làm việc an toàn trong điều kiện áp suất chất lỏng tạo hình lớn.

- Vật liệu làm khuôn chịu mài mòn.

- Đảm bảo độ chính xác khi làm việc.

Để dễ dàng lấy sản phẩm dập, khuôn thí nghiệm cần được thiết kế với không gian đủ lớn cho việc bố trí các sensor đo hành trình và van Ngoài ra, cần có khoảng trống để đặt phôi vào lòng khuôn và giám sát áp suất của chất lỏng trong quá trình tạo hình.

Sau khi tính toán các thông số, chúng ta tiến hành thiết kế, chế tạo và lắp ráp khuôn lên máy Khuôn dập thủy tĩnh phôi ống bao gồm ba cụm chính: cụm khuôn dưới (gồm đế khuôn, áo khuôn và lòng khuôn), cụm khuôn trên (bao gồm chuôi khuôn, áo khuôn và lòng khuôn) được lắp đặt trên cụm khuôn dưới, và cụm chày dọc trục (gồm áo chày và chày dọc trục có gia công đường cấp chất lỏng cao áp) Chày dọc trục được kết nối với xy lanh thủy lực XLTL-D125 và đường ống cấp chất lỏng cao áp.

Hình 4.5 Kết cấu khuôn dập thủy tĩnh phôi ống

Bảng 4.1 Các chi tiết trong khuôn dập thủy tĩnh phôi ống

STT Tên gọi Vật liệu

1 Bulong lục giác chìm M12 x 1.75 Thép C45

3 Áo nửa khuôn trên SKD11

4 Bulong lục giác chìm M8 x 1.25 Thép C45

9 Bulong lục giác chìm M12 x 1.75 Thép C45

10 Nửa lòng khuôn dưới SKD11

11 Áo nửa khuôn dưới SKD11

Khuôn dập thủy tĩnh phôi ống cần được chế tạo từ vật liệu thép SKD11 để đảm bảo chất lượng và độ bền, trong khi các chi tiết khác sử dụng vật liệu thép C45.

4.1.4 Kết nối hệ thống thực nghiệm

Sau khi hoàn tất việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các mô đun của hệ thống thực nghiệm, bước tiếp theo là kết nối và lắp ráp chúng Quy trình bắt đầu bằng việc lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh, bao gồm khuôn trên, khuôn dưới và chày dọc trục, được kết nối với xy lanh thủy lực XLTL-D125 và đường ống cấp chất lỏng cao áp Tiếp theo, bộ khuôn này sẽ được định vị và kẹp chặt trên bàn máy của máy ép thủy lực YH-32.

Hệ thống thực nghiệm hoàn chỉnh được trình bày trên hình 4.1.

Thực nghiệm và kết quả

Phôi ống thực nghiệm là phôi ống không hàn, được sản xuất từ vật liệu CDA110 tại công ty Toàn Phát, Hà Nội Với đường kính ngoài 22.2 mm, đường kính trong 19.8 mm, chiều dày 1.2 mm và chiều dài 120 mm, phôi ống đã trải qua quá trình ủ trong lò NABERTHERM LH 120/13 tại Học viện Kỹ thuật Quân sự Lò được gia nhiệt tới 400°C, phôi ống đồng được giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút và sau đó để nguội cùng lò Sau khi nguội, phôi ống được làm sạch để chuẩn bị cho các thử nghiệm tiếp theo Cuối cùng, phôi ống đã được ủ được thử độ bền theo tiêu chuẩn ASTM E8-04 tại Phòng thí nghiệm cơ tính - Viện Công Nghệ - Bộ Quốc.

Biểu đồ ứng suất – biến dạng của phôi ống CDA110 đã được ủ, cùng với các thông số và đặc tính kỹ thuật, được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm kéo.

Hình 4.6 Phôi ống vật liệu CDA110 ủ

Hình 4.7 Biểu đồ ứng suất – biến dạng của phôi ống đồng CDA110 ủ

- Chất lỏng tạo hình và bôi trơn sử dụng dầu thuỷ lực Caltex Hydraulic Oil AW

Dầu 68 có các thông số kỹ thuật quan trọng như cấp độ nhớt ISO 68, điểm chớp cháy đạt 227°C, và điểm rót chảy -15°C Nó có tính năng chống gỉ theo tiêu chuẩn D665B và độ nhớt là 65.0 mm²/s ở 40°C, cùng với 8.1 mm²/s ở 100°C Chỉ số độ nhớt tối thiểu của dầu này là 90, đảm bảo hiệu suất ổn định trong nhiều điều kiện hoạt động.

4.2.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm

4.2.1.1 Chọn áp suất chất lỏng, mức chuyển vị mặt đầu ống, và lực dọc trục

Kết quả nghiên cứu mô phỏng trong chương 3 đã cung cấp cơ sở quan trọng để xác định áp suất chất lỏng, mức chuyển vị mặt đầu ống và lực dọc trục, nhằm thực hiện thí nghiệm dập thủy tĩnh phôi ống Mục tiêu là tạo hình các chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T với ứng suất đạt yêu cầu.

Tạo hình chi tiết ống trụ bậc với áp suất chất lỏng từ 20 đến 42 MPa theo đường tải I1, đồng thời xác định chuyển vị mặt đầu ống ở các mức khác nhau: mức 1 (s = 0), mức 2 (s = 1.2 đến 12 mm) và mức 3 (s = 12 đến 24 mm) theo các đường tải a2, a4, a6 Lực dọc trục lớn nhất F a- max được tính toán theo công thức (3.2).

Tạo hình chi tiết ống chữ T yêu cầu áp suất chất lỏng p i từ 30 đến 55 MPa theo đường tải IT3 Chuyển vị mặt đầu ống được xác định ở mức 3 với s từ 12 đến 24 mm và mức 4 với s từ 24 đến 70 mm theo các đường tải AT1, AT2, AT3 Lực dọc trục lớn nhất F a-max được tính toán theo công thức (3.6).

4.2.1.2 Các bước tiến hành thực nghiệm

Trình tự tiến hành thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống như nhau:

- Đặt phôi ống vào lòng khuôn,

- Điều khiển cho 2 xy lanh ép dọc trục tiến vào và 2 đầu côn của chày dọc trục ép

Kích hoạt bơm để bơm dầu vào lòng phôi ống, nhằm đẩy hết không khí ra ngoài Sau đó, sử dụng chày dọc trục để ép với lực đủ lớn, giúp bịt kín hai đầu phôi ống.

- Đóng khuôn: nửa khuôn trên đi xuống và ép xuống khuôn dưới với một lực bằng lực đóng khuôn theo tính toán trước;

- Tiến hành dập: điều khiển kết hợp các đường tải áp suất chất lỏng và chuyển vị mặt đầu ống để thực hiện dập thủy tĩnh.

Sau khi kết thúc quá trình dập, áp suất chất lỏng được xả về 0 Mpa Hai xy lanh ép dọc trục sẽ trở lại vị trí ban đầu, điều khiển nửa khuôn trên nâng lên để lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.

- Phân tích và xử lý số liệu thực nghiệm đã được lưu trữ khi tạo hình.

- Tiến hành đo kích thước sản phẩm và xem xét phôi có bị mất ổn định gây rách, nhăn, cong.

Hình 4.8 thể hiện phôi ống trước khi dập và một số sản phẩm ống trụ bậc và ống chữ T sau để dập thủy tĩnh phôi ống.

Hình 4.8 Phôi ống và một số sản phẩm ống trụ bậc và ống chữ T

4.2.2 Kết quả thực nghiệm và so sánh a) b) c) d)

Hình 4.9 trình bày các vị trí đo trên chi tiết ống trụ bậc và ống chữ T, cùng với mẫu sản phẩm được cắt bằng phương pháp cắt dây Đo biên dạng và kích thước được thực hiện bằng kính hiển vi kỹ thuật số Model VHX-7000.

Sau khi thực nghiệm, dữ liệu áp suất chất lỏng và chuyển vị chày dọc trục được lưu trữ và xử lý bằng phần mềm Easybuilder Pro V6.01.01.273 của hãng Weintek thông qua cổng WEINVIEW TK6071IP Mẫu sản phẩm được cắt bằng phương pháp cắt dây để đo biên dạng và kích thước, sử dụng kính hiển vi kỹ thuật số Model VHX-7000 tại Phòng thí nghiệm vật liệu đại cương (SAHEP), Trường Vật liệu – ĐHBKHN, và kết quả được so sánh với biên dạng và kích thước mô phỏng.

Bài viết này trình bày các trường hợp so sánh sản phẩm dập thủy tĩnh phôi ống, được lấy từ mẫu sản phẩm với chuyển vị mặt đầu ống ở bốn mức khác nhau (mức 1, mức 2, mức 3 và mức 4) Các đường tải chuyển vị mặt đầu ống và áp suất chất lỏng cũng được xem xét Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm về mẫu sản phẩm dập thủy tĩnh phôi ống sẽ được trình bày chi tiết trong các mục tiếp theo.

4.2.2.1 Kết quả thực nghiệm và so sánh chi tiết ống trụ bậc a) Khi chuyển vị mặt đầu ống ở mức 1

Sơ đồ dập thủy tĩnh phôi ống tạo hình chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục chỉ đảm nhận chức năng kín khít tương ứng với chuyển vị mặt đầu ống ở mức 1, ký hiệu là s  = 0, được minh họa rõ ràng trong hình 4.10.

Hình 4.10 Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục không dịch chuyển mà chỉ đảm nhận chức năng kín khít [8]

Hình 4.11 Dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục không dịch chuyển mà chỉ đảm nhận chức năng kín khít

Hình 4.11 minh họa tình trạng rách của các chi tiết ống trụ bậc P1 và P2, trong khi chi tiết ống trụ bậc P21 và P31 được tạo hình đạt yêu cầu khi 2 chày dọc trục giữ nguyên vị trí và chỉ đảm nhận chức năng kín khít Kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc được so sánh khi chuyển vị mặt đầu ống ở mức 1 s  = 0, với thông số đầu vào lấy từ mô phỏng số Thông số đầu ra được đánh giá qua đường kính phình vùng giãn rộng D p và mức độ biến mỏng  max, được thống kê trong bảng 4.2.

Bảng 4.2 So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc với s  = 0

Thực nghiệm Mô phỏng số

Thông số đầu vào để thực nghiệm lấy từ mô phỏng số: p i = 28 MPa, s= 0 mm, F a-max = 5.2 tấn p i = 28 MPa, s= 0 mm

Thông số đầu vào để thực nghiệm lấy từ mô phỏng số: p i = 28 MPa, s= 0 mm, F a-max = 5.2 tấn. p i = 28 MPa, s= 0 mm

Thông số đầu vào để thực nghiệm lấy từ mô phỏng số: p i = 25 MPa, s= 0 mm, F a-max = 5.0 tấn. p i = 25 MPa, s= 0 mm

Thông số đầu vào để thực nghiệm lấy từ mô phỏng số: p i = 25 MPa, s= 0 mm, F a-max = 5.0 tấn p i = 25 MPa, s= 0 mm

Các kết quả mô phỏng số chỉ ra rằng hiện tượng rách có khả năng xảy ra ở vùng giãn rộng khi độ biến mỏng của thành ống đạt mức  max > 30 %, tương ứng với độ dày thành tường ống tại vùng giãn rộng nhỏ hơn 0.84 mm Dữ liệu từ bảng 4.2 cho thấy kết quả thí nghiệm phù hợp với mô phỏng số, khi ống bị rách ở áp suất 28 MPa do ứng suất tương đương trong quá trình tạo hình đạt giá trị  eff = 504 MPa, với ứng suất theo phương  là 582 MPa.

= 291 MPa) >  b = 370 MPa Sai số đường kính vùng giãn rộng D p = (1.7 % + 2.3

% + 1.0 % + 1.7 %) / 4 = 1.7 % và sai số trung bình mức độ biến mỏng  max = (1.5

% + 1.3 % + 2.2 % + 2.2 %) / 4 = 1.8 %. b) Khi chuyển vị mặt đầu ống ở mức 2, mức 3, mức 4

Sơ đồ dập thủy tĩnh phôi ống tạo hình chi tiết ống trụ bậc sử dụng hai chày dọc trục, đảm bảo chức năng kín khít và chuyển vị mặt đầu ống Hình 4.12 minh họa quá trình này ở mức 2 với thông số s = 1.2.

 12 (mm)), mức 3 (s = 12  24 (mm)), mức 4 (s > 24 mm).

Hình 4.12 Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục đảm nhận chức năng kín khít và chuyển vị mặt đầu ống [8]

- Các chi tiết ống trụ bậc được tạo hình đạt yêu cầu