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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả nội dung nghiên cứu trong luận án Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi ống là

công trình nghiên cứu của tôi, hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung Các kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được

tác giả khác công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc theo đúng quy định

Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2024

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Nguyễn Đắc Trung

TÁC GIẢ

Vũ Đức Quang

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cá nhân và tập thể đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án Đặc biệt, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ, gợi mở sáng tạo trong

quá trình làm luận án

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí, Nhóm

chuyên môn Gia công áp lực và các bạn sinh viên đã giúp đỡ, đặc biệt TS Đinh Văn Duy - Trưởng nhóm chuyên môn Gia công áp lực

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí, Bộ môn Gia công áp lực, Phòng thí nghiệm Gia công áp lực – Học viện Kỹ thuật Quân sự vì sự hỗ trợ

và giúp đỡ kỹ thuật cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm Nghiên cứu sinh xin cảm ơn tất cả các bạn sinh viên Khoa cơ khí – Đại học Kinh

tế Kỹ thuật Công nghiệp vì sự hỗ trợ của các bạn

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí, các Phòng ban của trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất

về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu của nghiên cứu sinh Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình, bạn bè vì sự động viên

và hỗ trợ trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này

Nghiên cứu sinh

Vũ Đức Quang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ……….ii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x

MỞ ĐẦU ……… 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

7 Các đóng góp mới của luận án 4

8 Bố cục của luận án 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG 6 1.1 Khái quát về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 6

1.2 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước và trong nước về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 9

1.2.1 Ngoài nước 9

1.2.1.1 Về sản phẩm 9

1.2.1.2 Về công nghệ 13

1.2.1.3 Về thiết bị và khuôn 23

1.2.2 Trong nước 30

1.3 Phân tích đánh giá các nghiên cứu trong và ngoài nước 31

1.4 Xác định các vấn đề nghiên cứu 32

Kết luận chương 1 33

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG ………34

2.1 Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống 34

2.2 Mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong dập thủy tĩnh phôi ống 36

2.3 Xây dựng mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chỉ tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T 40

2.3.1 Xác định các giới hạn tạo hình và kiểm soát quá trình tạo hình 41

2.3.2 Xác định các thành phần lực dọc trục 47

Chương 3 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 49

3.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng số 49

3.2 Thiết lập bài toán mô phỏng số nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ………51

3.2.1 Thiết lập mô hình hình học 3D 51

3.2.2 Chia lưới phần tử 52

3.2.3 Mô hình vật liệu 52

3.2.4 Thiết lập các điều kiện biên 54

3.3 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 59

3.3.1 Mức 1 ………61

3.3.2 Mức 2 ………62

3.3.3 Mức 3 ………63

3.3.4 Mức 4 ………64

3.3.5 Miền giá trị của các thông số công nghệ 66

3.3.6 Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu ra với với áp suất chất lỏng pi-trụ bậc và tổng chuyển vị mặt đầu ống s-trụ bậc 69

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của bốn mức độ cấp phôi và áp suất chất lỏng tới khả năng tạo hình chi tiết ống chữ T 72

3.4.1 Mức 1 ………73

3.4.2 Mức 2 ………74

3.4.3 Mức 3 ………75

3.4.4 Mức 4 ………75

3.4.5 Miền giá trị của các thông số công nghệ 77

3.4.6 Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu ra với với áp suất chất lỏng pi-chữ T và tổng chuyển vị mặt đầu ống s-chữ T 80

Kết luận chương 3 83

Chương 4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG BẰNG THỰC NGHIỆM 84

4.1 Hệ thống thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống 84

4.1.1 Máy ép thủy lực 85

4.1.2 Máy dập thủy tĩnh phôi ống 86

4.1.3 Khuôn thí nghiệm 87

4.1.4 Kết nối hệ thống thực nghiệm 89

4.2 Thực nghiệm và kết quả 90

4.2.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm 90

4.2.1.1 Chọn áp suất chất lỏng, mức chuyển vị mặt đầu ống, và lực dọc trục ………90

4.2.1.2 Các bước tiến hành thực nghiệm 90

4.2.1.3 Kế hoạch thực nghiệm 91

4.2.2 Kết quả thực nghiệm và so sánh 91

4.2.2.1 Kết quả thực nghiệm và so sánh chi tiết ống trụ bậc 93

4.2.2.2 Kết quả thực nghiệm và so sánh chi tiết ống chữ T 96

4.2.3 So sánh và phân tích 98

Kết luận chương 4 101

KẾT LUẬN ……… 102

KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 103

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

PHỤ LỤC ……… 115

PHỤ LỤC 1 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 1: s-trụ bậc / L0 = 0 1

PHỤ LỤC 2 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 2: s / L0  0.01  0.1 ……… 2

PHỤ LỤC 3 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 3: s-trụ bậc / L0  0.1  0.2 ……… 3

PHỤ LỤC 4 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 4: s-trụ bậc / L0 > 0.25 PHỤ LỤC 5 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 1: s-chữ T / L0 = 0 5

PHỤ LỤC 6 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 2: s-chữ T / L0  0.01  0.1 ……….6

PHỤ LỤC 7 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 3: s-chữ T / L0  0.1  0.2 ……… 6

PHỤ LỤC 8 KẾT QUẢ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH Ở MỨC 4: s-chữ T / L0 > 0.2 7 PHỤ LỤC 9 SO SÁNH KẾT QUẢ TẠO HÌNH CHI TIẾT RỖNG DẠNG TRỤ BẬC Ở MỨC 1 (s-trụ bậc = 0) 10

PHỤ LỤC 10 SO SÁNH KẾT QUẢ TẠO HÌNH CHI TIẾT RỖNG DẠNG TRỤ BẬC Ở MỨC 2 (s-trụ bậc = 1.2  12 (mm) THEO ĐƯỜNG TẢI a2, a4 và a6) 12PHỤ LỤC 11 SO SÁNH KẾT QUẢ TẠO HÌNH CHI TIẾT RỖNG DẠNG TRỤ BẬC Ở MỨC 4 (s-trụ bậc = > 24 mm THEO ĐƯỜNG TẢI a8) CỦA CHI TIẾT P10,

PHỤ LỤC 15 SO SÁNH KẾT QUẢ TẠO HÌNH CHI TIẾT ỐNG CHỮ T VỚI TỔNG CHUYỂN VỊ MẶT ĐẦU ỐNG Ở MỨC VỚI TỔNG CHUYỂN VỊ MẶT ĐẦU ỐNG Ở MỨC 2, MỨC 3 và MỨC 4 17PHỤ LỤC 16 SO SÁNH KẾT QUẢ TẠO HÌNH CHI TIẾT ỐNG CHỮ T VỚI TỔNG CHUYỂN VỊ MẶT ĐẦU ỐNG Ở MỨC VỚI TỔNG CHUYỂN VỊ MẶT ĐẦU ỐNG Ở MỨC 3 20

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CDA110 - Vật liệu 99.9%Cu

CAE - Computer-aided engineering - Kỹ thuật thông qua

sự trợ giúp của máy tính

FE - Finite Element - Phần tử hữu hạn

FEM - Finite Element Method – Phương pháp phần tử hữu

hạn STH mm Chiều dày chi tiết (được sử dụng trong

t0 mm Chiều dày phôi ống

L0 mm Chiều dài phôi ống

Dp mm Đường kính phình giãn nở rộng của chi tiết ống trụ

bậc

Dp % Sai số đường kính phình giãn nở rộng của chi tiết

ống trụ bậc

Lp1 mm Chiều dài vùng phình giãn nở rộng 1

Lp2 mm Chiều dài vùng phình giãn nở rộng 2

Lp mm Chiều dài chi tiết ống trụ bậc

ti mm Chiều dày chi tiết vùng giãn nở rộng

Dv mm Đường kính vấu chi tiết ống chữ T

Hv mm Chiều cao vấu của chi tiết ống chữ T

Hv % Sai số chiều cao vấu của chi tiết ống chữ T

tc mm Chiều dày chi tiết ở đỉnh vấu

LT mm Chiều dài chi tiết ống chữ T

lf mm Chiều dài ống tự do

pi MPa Áp suất chất lỏng công tác

pe MPa Áp suất bên ngoài ống

r = K N/mm2 Ứng suất pháp hướng tâm

eff N/mm2 Ứng suất tương đương

Y N/mm2 Ứng suất chảy giới hạn

U N/mm2 Ứng suất bền giới hạn

c N/mm2 Ứng suất nén tới hạn dọc trục

ε θ - Biến dạng tiếp tuyến

ε z - Biến dạng dọc trục

ε t - Biến dạng chiều dày

ε eff - Biến dạng tương đương

Fck N Lực kín khít trong quá trình dập

Fg = Fs N Lực lực đối áp

ρ kg/m3 Khối lượng riêng

C MPa Hằng số vật liệu

n - Số mũ hóa bền của vật liệu

 % Mức độ biến dạng tương đối

I1 MPa Đường tải áp suất chất lỏng (theo thời gian) chi tiết

ống trụ bậc

a2, a4, a6, a8 mm Đường tải chuyển vị mặt đầu ống (theo thời gian)

chi tiết ống trụ bậc IT1, IT2, IT3 MPa Đường tải áp suất chất lỏng (theo thời gian) chi tiết

ống chữ T AT1, AT2,

Đường tải chuyển vị mặt đầu ống (theo thời gian) chi tiết ống chữ T

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

Bảng 4.4 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với biến mỏng

chiều dày ống lớn nhất t-max trụ bậc

99

Bảng 4.5 So sánh kết quả tạo hình thực nghiệm và mô phỏng số theo hai

thông số Hv và t-max chữ T của chi tiết ống chữ T

100

Bảng 4.6 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với chiều cao vấu

Hv

100

Bảng 4.7 So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với biến mỏng

chiều dày ống lớn nhất ở đỉnh vấu t-max chữ T

100

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại công nghệ dập tạo hình thủy tĩnh

Trang

6

Hình 1.3 Chi tiết giá đỡ động cơ ô tô - chi tiết ống có biên dạng phức tạp

được ứng dụng trong công nghiệp ô tô

8

Hình 1.5 Chi tiết bể hình cầu có đường kính 8.6 m 8 Hình 1.6 Các sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ứng dụng

trong công nghiệp ô tô

10

Hình 1.7 Các sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ứng dụng

trong công nghiệp hàng không - vũ trụ

11

Hình 1.8 Sản phẩm vi ống chữ T được dập thủy tĩnh 12 Hình 1.9 Sơ đồ công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 14

Hình 1.11 Đường cong Stribeck thể hiện bốn cơ chế bôi trơn khác nhau 14 Hình 1.12 Đóng khuôn và cấp chất lỏng công tác vào lòng phôi ống 15 Hình 1.13 Tạo hình thủy tĩnh bằng nguồn chất lỏng áp suất cao 15 Hình 1.14 a) Dập thủy tĩnh tích hợp thêm các bước nguyên công, b) Dập

thủy tĩnh tích hợp với nguyên công nối ghép thủy tĩnh

15

Hình 1.15 Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất cao bên trong lòng phôi ống 16 Hình 1.16 Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất bên ngoài ống 16 Hình 1.17 Dập thủy tĩnh phôi ống kết hợp cả áp suất bên trong lòng ống pi

và áp suất bên ngoài ống pe

Hình 1.24 Các giới hạn trong dập thủy tĩnh phôi ống 20

Hình 1.25 So sánh kết quả dập chi tiết ống trụ bậc ba bước kết hợp với hai bước ủ trung gian

21

Hình 1.26 So sánh kết quả dập thủy tĩnh: a) Dập 1 bước – chi tiết ống bị rách, b) Dập 2 bước kết hợp bước kết hợp 1 bước ủ kết tinh lại – chi tiết ống đạt yêu cầu

Hình 1.39 Kín khít cố định bằng đầu chày có hình côn 29 Hình 1.40 Các hệ thống kín khít: a) Sơ đồ hệ thống kín khít tiên tiến, b) Kín khít bằng đầu chày hình côn, c) Kín khít bằng hệ thống tiên tiến

30

Hình 1.41 Chi tiết ống xiphong và chữ T từ vật liệu thép không gỉ SUS304 31 Hình 1.42 Thiết bị điều hòa không khí trên ô tô (a), hệ thống điều hòa trong nhà máy (b) và các khớp nối rỗng dạng trụ bậc (c) và chi tiết ống chữ T (d)

32

Hình 2.1 Nguyên lý của quá trình dập thủy tĩnh phôi ống: a) Tạo hình chi tiết dạng rỗng đối xứng tròn xoay, b) Tạo hình chi tiết ống chữ T có sử dụng đối áp

r - bán kính cong theo phương chu vi; h - chiều cao phình; t - độ dày ở

38

đỉnh phình, b) Trạng thái ứng suất tại đỉnh của vùng giãn nở rộng trong hệ tọa độ trụ

Hình 2.5 Mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống: 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

Hình 2.8 a) Uốn hình nêm ở đầu phôi ống khi kín khít bằng đầu chày có

hình côn, b) Cấu tạo hình côn vùng đầu chày

44

Hình 2.9 Thành ống bị biến dạng trong quá trình tạo hình: a) Ống chị tác

động của áp suất bên trong pi và lực dọc trục Fa, b) Thành ống không bị

biến dạng, c) Thành ống bị biến dạng dẻo, d) Thành ống bị cong

46

Hình 2.10 Các thành phần lực ở vị trí mặt đầu ống trong quá trình dập

hình thủy tĩnh

47

Hình 3.2 Mô hình hình học của phôi, chày và khuôn 52

Hình 3.4 Phôi ống vật liệu CDA110 ủ (a) và mẫu thử kéo được cắt từ phôi

Hình 3.5 Biểu đồ ứng suất – biến dạng của phôi ống đồng CDA110 ủ 54 Hình 3.6 Đường tải áp suất chất lỏng pi-trụ bậc (t): I1 56 Hình 3.7 Đường tải chuyển vị mặt đầu ống strụ bậc (t): a2, a4, a6, a8 57 Hình 3.8 Đường tải áp suất chất lỏng pi-chữ T (t): IT1, IT2, IT3 59 Hình 3.9 Đường tải chuyển vị mặt đầu ống schữ T (t): AT1, AT2, AT3, AT4 60 Hình 3.10: Các hàm ràng buộc: độ chính xác kích thước chi tiết sử dụng thể tích được kiểm soát [130]

60

Hình 3.11 Kết quả biến dạng tạo hình Dp /d0 =1.3, t-max-trụ bậc = 22.5% với

pi-trụ bậc = 25 MPa đường tải I1, s-trụ bậc = 0 mm

62

Hình 3.12 Các thành phần ứng suất trên phân tố vùng giãn nở rộng khi

chày chỉ đảm nhận chứng năng làm kín khít mức 1

62

Hình 3.13 Các thành phần ứng suất trên phân tố vùng giãn nở rộng khi

chày đảm nhận chứng năng làm kín khít và cấp phôi dọc trục mức 2

63

Hình 3.14 Kết quả biến dạng tạo hình Dp /d0 =1.53, t-max-trụ bậc = 17.9% với

pi-trụ bậc = 30 MPa đường tải I1, s-trụ bậc = 2 * U3 = 12 mm đường tải a4

63

Hình 3.15 Các thành phần ứng suất trên phân tố vùng giãn nở rộng khi

chày đảm nhận chứng năng làm kín khít và cấp phôi dọc trục mức 3

64

Hình 3.16 Kết quả biến dạng tạo hình Dp /d0 =1.56, t-max-trụ bậc = 19.5% với

pi-trụ bậc = 42 MPa đường tải I1, s-trụ bậc = 2 * U3 = 24 mm đường tải a6, t

min-trụ bậc = STH = 1.0 mm

64

Hình 3.17 Các thành phần ứng suất trên phân tố vùng giãn nở rộng khi

chày đảm nhận chứng năng làm kín khít và cấp phôi dọc trục mức 4

65

Hình 3.18 Kết quả biến dạng tạo hình Dp /d0 =1.56, t-max-trụ bậc = 20.8% với

pi-trụ bậc = 42 MPa đường tải I1, s-trụ bậc = 2 * U3 = 24 mm, tmin-trụ bậc = STH

= 0.95 mm

65

Hình 3.19 Miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình pi-trụ bậc 66 Hình 3.20 Miền giá trị tổng chuyển vị mặt đầu ống s-trụ bậc 67 Hình 3.21 Miền giá trị lực dọc trục Fa-trụ bậc 68 Hình 3.22 Biểu đồ sự phụ thuộc của Dp /d0 vào áp suất chất lỏng pi-trụ bậc

Hình 3.23 Biểu đồ sự phụ thuộc của t-max vào áp suất chất lỏng pi và chuyển vị mặt đầu ống s

71

Hình 3.24 Kết quả biến dạng tạo hình Hv /d0 = 0.08 (Hv = U1 = 1.68 mm),

t-max-chữ T = 12.5% với pi-chữ T = 30 MPa theo đường tải IT1, IT2 và s-chữ T

Hình 3.26 Kết quả biến dạng tạo hình Hv /d0 = 0.31 (Hv = U1 = 6.93 mm),

t-max-chữ T = 23.33% với pi-chữ T = 40 MPa theo đường tải IT3 và s-chữ T = 12

mm theo đường tải AT2

74

Hình 3.27 Kết quả biến dạng tạo hình Hv /d0 = 0.31 (Hv = U1 = 9.1 mm), 

t-max-chữ T = 25.0 % với pi-chữ T = 45 MPa theo đường tải IT3 và s-chữ T = 20

mm theo đường tải AT3

75

Hình 3.28 Kết quả biến dạng tạo hình Hv /d0 = 1.06 (Hv = U1 = 23.62 mm),

t-max-chữ T = 26.67 % với pi-chữ T = 55 MPa theo đường tải IT3 và s-chữ T =

70 mm theo đường tải AT3

76

Hình 3.29 Miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình pi-chữ T 77 Hình 3.30 Miền giá trị tổng chuyển vị mặt đầu ống s-chữ T 78

Hình 3.32 Biểu đồ sự phụ thuộc của Hv /d0 vào áp suất chất lỏng pi- chữ T và

Hình 3.33 Biểu đồ sự phụ thuộc của t-max- chữ T vào áp suất chất lỏng pi-chữ

T và chuyển vị mặt đầu ống s-chữ T

82

Hình 4.1 Hệ thống thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống

DTT-2018 – HVKTQS

84

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

DTT-2018

86

Hình 4.7 Bản vẽ chi tiết và chi tiết chế tạo của chày dọc trục 88 Hình 4.8 Bản vẽ chi tiết và chi tiết chế tạo của nửa lòng khuôn dưới và nửa lòng khuôn trên của chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T

93

Hình 4.12 Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc [8] 93 Hình 4.13 Chi tiết ống trụ bậc khi 2 chày dọc trục chỉ đảm nhận chức năng làm kín khít

94

Hình 4.14 Các chi tiết ống trụ bậc được tạo hình đạt yêu cầu 95 Hình 4.15 Các chi tiết ống trụ bậc bị hỏng trong quá trình dập 95 Hình 4.16 Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống chữ T [8] 96 Hình 4.17 Các chi tiết ống chữ T được tạo hình đạt yêu cầu 97 Hình 4.18 Các chi tiết ống chữ T tạo hình bị rách ở đỉnh vấu 98

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống (trong đó có kết hợp tác dụng của áp suất môi

trường chất lỏng với lực ép của các dụng cụ gia công để biến dạng vật liệu) đã được nghiên cứu và ứng dụng chủ yếu ở những nước có nền công nghiệp phát triển để sản xuất các chi tiết cơ khí Với các đặc tính công nghệ nổi bật mà các phương pháp gia công khác khó đạt được như nâng cao khả năng biến dạng của vật liệu, độ chính xác cũng như chất lượng của bề mặt, cơ – lý tính của vật liệu tốt, trọng lượng nhẹ, cứng vững, tuổi bền cao Theo tiến trình lịch sử phát triển của công nghệ này, từ đầu những năm 1900, các nhà nghiên cứu, các công ty đã nghiên cứu, phát triển và áp dụng mạnh

mẽ trong các ngành công nghiệp như: ô tô, xe đạp – xe máy, hàng không – vũ trụ, đóng tàu, dầu khí, năng lượng, quốc phòng, v.v Ngày nay, công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống có sự hỗ trợ của các công nghệ mới, hiện đại bao gồm mô phỏng số, hệ thống cảm biến và giám sát, điều khiển thích ứng đã và đang định hình sự phát triển mạnh mẽ trong ngành công tạo hình các chi tiết khung rỗng, vỏ mỏng với những ưu điểm nổi bật, trong đó chú trọng tới việc tiết kiệm vật liệu, tiết kiệm năng lượng, an toàn về môi trường, nâng cao được cơ – lý tính của vật liệu, chất lượng sản phẩm tạo hình và tăng tuổi thọ chi tiết trong nhiều lĩnh vực hơn Theo tổng kết của P Freytag,

J Neubert, S Kluge - Salzgitter Hydroforming - The Salzgitter Group năm 2016 cho thấy số lượng gần đúng 2115 máy dập thủy tĩnh phôi ống được lắp đặt ở Châu Âu từ năm 1990 đến năm 2016 và sản xuất linh kiện liên tục tăng 10% mỗi năm từ năm

2010 đến năm 2013

Các dạng chi tiết ống được tạo hình bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống rất đa dạng về mặt hình học, kích thước và vật liệu Trong đó có các sản phẩm có kích thước micro rất có tiềm năng kinh tế cho các ngành sản xuất vi mô như các chi tiết ống kim loại cho công nghệ y tế, các phần tử của pin nhiên liệu, thiết bị vi lỏng, bộ trao đổi nhiệt vi mô, hệ thống vi cơ điện tử hoặc trục vi rỗng Các chi tiết có kích thước lớn hơn như linh kiện ô tô (các bộ phận như hệ thống xả, các bộ phận kết cấu và bộ phận treo, v.v.), các bộ phận hàng không vũ trụ (các bộ phận như đường dẫn nhiên liệu, đường thủy lực và các thành phần kết cấu, v.v.), cũng như được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác

Hiện nay, hầu hết các chi tiết ống được tạo hình bằng các phương pháp truyền thống từ phôi tấm hoặc ống và trải qua các nguyên công cơ bản như chuẩn bị phôi, tạo hình sơ bộ (cán kéo, ép, uốn, lốc, miết), hàn, đột lỗ, nối ghép, các nguyên công hoàn thiện Qua đó có thể thấy được đối với các chi tiết ống được tạo hình bằng các phương pháp truyền thống gây lãng phí vật liệu, làm tăng thêm số nguyên công trong quy trình công nghệ, tốn thời gian, tăng chi phí tạo hình, chất lượng chi tiết khó đồng

bộ, khó ổn định, khó kiểm soát và khó tự động hóa Trong những năm gần đây, với

sự hỗ trợ của các lĩnh vực công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhiều nhà nghiên cứu, nhà kỹ thuật trên thế giới đã đưa ra nhiều ý tưởng và nghiên cứu nhằm tối ưu các thông số công nghệ quá trình dập thủy tĩnh phôi ống nhằm tiết kiệm vật liệu, bảo vệ môi trường, tăng hiệu quả sản xuất cũng như hiệu suất làm việc của chi tiết, đồng thời thay thế cho số lượng lớn nguyên công tạo hình và khuôn trong dập tạo hình truyền thống

Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống và đã đưa ra kết quả trong việc dập thủy tĩnh phôi ống như đề tài cấp Nhà nước có mã số KC.05.19 (2002-2004) và hai đề tài ở mức độ luận văn thạc sỹ tại Đại học Bách khoa

Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Quân sự Tuy nhiên những kết quả đó chỉ là bước đầu, nhưng khẳng định có thể áp dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống trong điều kiện Việt Nam Việc nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết từ phôi ống

là cần tiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Do đó, luận án tập trung nghiên cứu theo

hướng “Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc

và chữ T từ phôi ống”

Trong luận án này, mô hình bài toán dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết rỗng có hình dạng cơ bản và hình dạng phức tạp được xây dựng để mô phỏng số và thực nghiệm nhằm so sánh và biện luận trong điều kiện thực tế tại Việt Nam

2 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, lực dọc trục F a trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T Từ đó xác định được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình tạo hình để đạt được hình dáng, kích thước sản phẩm theo thiết kế; đối với chi tiết ống trụ bậc: tỷ số đường kính phình giãn nở rộng trên đường kính phôi Dp /d0

 1.3, t-max-trụ bậc  30%; đối với chi tiết ống chữ T: tỷ số chiều cao vấu trên đường kính phôi Hv /d0  0.5, t-max-chữ T  30%

3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết dạng rỗng từ vật liệu CDA110, áp dụng trên đối tượng cụ thể bao gồm:

+ Chi tiết ống trụ bậc: Dp /d0 và t-max-trụ bậc

+ Chi tiết ống chữ T: Hv /d0 và t-max-chữ T

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Phôi ống CDA110, đường kính d0 = 22.2 mm, chiều dày t0 = 1.2 mm, chiều dài

L0 = 120 mm:

- Miền giá trị của áp suất chất lỏng: pi = 20 ÷ 100 (MPa)

- Miền giá trị tổng chuyển vị mặt đầu ống ở các mức:

+ Mức 1: s/L0 = 0,

+ Mức 2: s/L0  0.01  0.1 (s = 1.2  12 (mm)),

+ Mức 3: s/L0  0.1  0.2 (s = 12  24 (mm)),

+ Mức 4: s/L0 > 0.2 (s > 24 mm)

- Chi tiết ống trụ bậc có Dp /d0 = 1.30  1.56, t-max-trụ bậc < 30 %:

- Chi tiết ống chữ T có Hv /d0 = 0.5  1.0, t-max-chữ T < 30 % (có đường kính vấu Dv

= d0 = 22.2 mm):

Các thông số hình học của phôi ống và chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T: d0

là đường kính phôi, t0 là chiều dày phôi, L0 là chiều dài phôi ống, ti là chiều dày chi tiết vùng giãn nở rộng, Dp là đường kính phình giãn nở rộng, Lp1 là chiều dài vùng phình giãn nở rộng 1, Lp1 là chiều dài vùng phình giãn nở rộng 2, Lp là chiều dài chi tiết ống trụ bậc, Dv là đường kính vấu, tc là chiều dày chi tiết ở đỉnh vấu, LT là chiều dài chi tiết ống chữ T

5 Phương pháp nghiên cứu

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

- Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu cơ sở công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống dựa trên tổng hợp và phân tích từ các tài liệu, công trình đã công bố trong và ngoài nước,

và xây dựng mô hình khảo sát bài toán dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết dạng rỗng

- Nghiên cứu mô phỏng số: áp dụng phương pháp mô phỏng số trên phần mềm Abaqus/CAE để đánh giá ảnh hưởng các thông số công nghệ đầu vào, xác định miền giá trị áp suất chất lỏng, xác định miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống, xác định miền giá trị lực dọc trục (thông qua đại lượng áp suất chất lỏng và chuyển vị mặt đầu ống), xác định các giới hạn tạo hình, miền tạo hình hiệu quả nhằm đảm bảo không xuất hiện các dạng sai hỏng Đồng thời, xây dựng được các mối quan hệ toán học, phụ thuộc của các thông số đầu ra với các thông số đầu vào đối với chi tiết được dập tạo hình cụ thể, trên cơ sở đó tiến hành thực nghiệm kiểm chứng và so sánh

- Nghiên cứu thực nghiệm: sử dụng hệ thống thực nghiệm quá trình dập thủy tĩnh phôi ống: máy ép thủy lực, máy dập thủy tĩnh phôi ống, thiết bị điều khiển, thiết bị tăng áp, thiết bị đo lường trong điều kiện thực tế tại Việt Nam để nghiên cứu và xử

lý số liệu đảm bảo chính xác và tin cậy, áp dụng được trong nghiên cứu và sản xuất

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

6.1 Ý nghĩa khoa học

- Đưa ra được phương pháp tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ

T từ vật liệu CDA110 bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

- Đã xây dựng được phương trình hồi quy toán học về mối quan hệ giữa tỷ số

đường kính vùng giãn nở rộng trên đường kính phôi (D p /d 0) và biến mỏng chiều dày ống lớn nhất (t-max-trụ bậc ); tỷ số chiều cao vấu trên đường kính phôi (H v /d 0) và biến mỏng chiều dày ống lớn nhất (t-max-chữ T ) với áp suất chất lỏng (p i) và tổng chuyển vị

mặt đầu ống (s)

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu đóng góp thêm vào kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực dập thủy tĩnh, có thể làm tài liệu tham khảo trong đào tạo và nghiên cứu lĩnh vực gia công kim loại bằng áp lực, ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T có kích thước khác nhau

7 Các đóng góp mới của luận án

- Xây dựng được mô hình nghiên cứu dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110 với Dp /d0 = 1.3  1.56 và

t-max-trụ bậc < 30%; Hv /d0 = 0.5  1.0 và t-max-chữ T < 30 %

- Xây dựng được phương trình toán học xác định miền giá trị lực dọc trục Fa hợp

lý thông qua p i (áp suất chất lỏng) và s (tổng chuyển vị mặt đầu ống) để tạo hình chi

tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110

- Kết quả nghiên cứu có giá trị đối với lĩnh vực chuyên ngành gia công áp lực nói chung và công nghệ dập thủy tĩnh chi tiết có hình dáng hình học phức tạp và biến mỏng chiều dày ống giới hạn  30%

8 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

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY

TĨNH PHÔI ỐNG

1.1 Khái quát về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

Công nghệ dập thủy tĩnh được coi là một công nghệ mới và tiên tiến - tạo hình các chi tiết của các ngành công nghiệp như ô tô - mô tô - xe đạp, hàng không - vũ trụ, dầu khí, thiết bị gia dụng, v.v và các sản phẩm có kích thước micro phục vụ các ngành sản xuất vi mô, với ít nguyên công hơn, trọng lượng nhẹ hơn, cơ - lý tính của vật liệu tốt hơn bằng cách sử dụng chất lỏng có áp suất cao thay vì sử dụng lực cơ học truyền thống [1] – [5] Chất lỏng (dầu, nước) đóng vai trò là chất công tác - để tạo áp suất đồng đều trên toàn bộ bề mặt của vật liệu, làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng khuôn để tạo hình chi tiết Công nghệ này có một số ưu điểm so với các công nghệ tạo hình truyền thống (cán kéo, ép, uốn, lốc, miết, cắt gọt, hàn), đó là: khả năng tạo ra các biên dạng hình học đặc biệt, giảm biến mỏng, nâng cao cơ tính, chất lượng

bề mặt hoàn thiện tốt hơn, sản xuất rẻ hơn và có thể được sản xuất từ ít phôi hơn, tạo

ra ít chất thải vật liệu hơn [6] – [11] Theo tiêu chí hình dạng ban đầu của phôi, dập thủy tĩnh được phân loại thành dập thủy tĩnh phôi ống, dập thủy tĩnh phôi tấm và dập thủy tĩnh phôi tích hợp (hình 1.1 và hình 1.2) [9]

Lịch sử phát triển công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống bắt nguồn từ đầu những năm

1900 khi bằng sáng chế “Thiết bị tạo hình các chi tiết dạng rỗng” [12] được công nhận tại Mỹ [6] Bằng sáng chế đề xuất sử dụng chất lỏng, tốt nhất là chì nóng chảy

để tạo hình các chi tiết ống dạng rỗng [12] Năm 1939, một quy trình sản xuất các khớp nối bằng đồng đã được cấp bằng sáng chế bằng cách sử dụng áp suất chất lỏng bên trong ống và lực ép dọc trục [13] Điều này cho phép các ống nối chữ T được sản xuất từ các phôi ống thẳng [14] Trong những thập kỷ tiếp theo, dập thủy tĩnh phôi ống được tiếp tục phát triển để tạo hình các sản khác nhau như cánh máy bay và khớp nối khung xe đạp [6]

Năm 1986, tiền thân của công ty Veri-Form, đã được cấp bằng sáng chế ở Bắc Mỹ [15] cho "Các ứng dụng của dập thủy tĩnh tạo hình chi tiết khung lớn" [6] Công nghệ mới này cho phép sản xuất các bộ phận kết cấu lớn, dẫn đến doanh số bán thiết bị dập thủy tĩnh tăng nhanh cho đến năm 2006 do có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không - vũ trụ, dầu khí Việc sản xuất các chi tiết dạng rỗng vẫn tiếp tục trên thiết bị hiện có, với sản lượng tăng 10% hàng năm từ năm 2010 đến năm

2013 [16] Dựa trên dữ liệu cho thấy dập thủy tĩnh phôi ống đã phát triển mạnh mẽ vào cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 do việc sử dụng công nghệ này trong sản xuất các bộ phận kết cấu phức tạp trong ô tô, máy bay [9]

DẬP THỦY TĨNH

PHÔI ỐNG

DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM

DẬP THỦY TĨNH PHÔI TÍCH HỢP

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình dập thủy tĩnh: a) phôi ống, b) phôi tấm và c) phôi tích hợp [9]

Một số sản phẩm minh chứng về khả năng tạo hình của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống (hình 1.3), dập thủy tĩnh phôi tấm (hình 1.4) và dập thủy tĩnh phôi tích hợp (hình 1.4)

Hình 1.3 Chi tiết giá đỡ động cơ ô tô - chi tiết ống có biên dạng phức tạp được ứng dụng

trong công nghiệp ô tô [10]

Hình 1.4 Chi tiết mái vòm có đường kính 3 m [11]

Hình 1.5 Chi tiết bể hình cầu có đường kính 8.6 m [11]

Theo thời gian, công nghệ này ngày càng được phát triển và đến nay dập thủy tĩnh phôi ống có thể được thực hiện trên các thiết bị chuyên dụng, thiết bị vạn năng và thiết bị điều khiển số

Các lỗ

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

1.2.1 Ngoài nước

Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình các sản phẩm ống phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố như máy ép thủy lực và hệ thống điều khiển, hệ thống kín khít, cơ tính vật liệu phôi ống, các thông số công nghệ, điều kiện bôi trơn, v.v [6] – [9], [17], [18] Qua khảo sát các tài liệu, bài báo công bố trong những năm qua và đặc biệt trong

5 năm trở lại đây có thể tổng kết các nhà khoa học trên thế giới tập trung vào các vấn

đề sau:

1.2.1.1 Về sản phẩm

Dập thủy tĩnh phôi ống là một công nghệ tạo hình hiện đại, tiên tiến được sử dụng

để tạo hình sản phẩm thành mỏng, hình dạng phức tạp (hình 1.6, 1.7) [9], [10], [19] – [21] So với các công nghệ tạo hình thông thường khác, độ chính xác và chất lượng

bề mặt của sản phẩm đạt được cao hơn [9], [22], [23] Các sản phẩm ống dập thủy tĩnh được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô – xe máy, hàng không –

vũ trụ [24] – [27] Chi tiết ống được dập thủy tĩnh phôi ống có thể giảm trọng lượng, cải thiện độ cứng vững và thực hiện ở quy mô công nghiệp, giảm chi phí và thời gian lắp ráp, bảo trì bảo dưỡng, v.v

Hình 1.6 và hình 1.7 minh họa về các sản phẩm ống khó hoặc không thể tạo hình bằng các công nghệ khác, nhưng có thề phù hợp để tạo hình bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống, bao gồm:

- 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 hiện đang được sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nhưng áp dụng phổ biến nhất là ngành công nghiệp ô tô - xe máy, do có khả năng cải thiện đáng kể quy trình sản xuất của nhiều chi tiết quan trọng, đặc biệt là các bộ phận kết cấu như giá đỡ động cơ (cradles) [22], trụ của chữ A, B, C, D (pillars) và khung gầm (undercarriages) [25]

Bảng 1.1 trình bày và 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 [7], [28] – [30] Hình dạng các chi tiết được dập thủy tĩnh đạt được biên dạng phức tạp hơn, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về động lực học thủy khí, nhiệt động lực học, và thời gian phục vụ cao hơn Hơn nữa, chi phí dập thủy tĩnh phôi ống các

bộ phận phức tạp này thấp hơn so với chi phí sản xuất và ghép nối nhiều bộ phận bằng công nghệ thông thường

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]:

(a) Ưu điểm nổi bật của công nghệ này là tạo được trạng thái ứng suất thủy tĩnh

trong ổ biến dạng, nhờ vậy làm tăng khả năng biến dạng của vật liệu, có thể tạo hình được các chi tiết phức tạp mà các phương pháp công nghệ truyền thống không (hoặc khó) tạo hình được như ống chữ T, trục cầu chủ, ống gân, v.v

(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

(c) Giảm trọng lượng: do ống có thể được thiết kế và chế tạo với tiết diện và biên dạng, độ dày phù hợp hơn, giúp giảm trọng lượng tổng thể của kết cấu

(d) Cải thiện độ bền và độ cứng vững của kết cấu: do có thể tạo ra các bộ phận ốn

có đặc tính kết cấu tốt hơn, phân bố vật liệu đồng đều và giảm thiểu số lượng mối hàn

(e) Chi phí dụng cụ thấp hơn: do cần ít các bộ phận dụng cụ hơn trong quá trình dập so với các quá trình sản xuất truyền thông thường Chi phí dụng cụ giảm

(f) Ít công đoạn phụ hơn: do không cần hoặc rất ít hàn ghép các bộ phận, chi tiết với nhau Có thể kết hợp đột lỗ, cắt trích, nối ghép trong quá trình dập

(g) Giảm sự thay đổi kích thước: do có thể tạo ra các bộ phận có dung sai kích thước nhỏ hơn từ sự biến dạng đồng đều của vật liệu

(h) Giảm phế phẩm: do quy trình hiệu quả hơn, ít khuyết tật hơn, lỗi hơn nên số lượng phế phẩm, phế liệu sẽ ít hơn trong quá trình sản xuất

Hệ thống lái trợ lực Ống gân (Cột lái)

Trục lái

Khung bảng đồng hồ

Bộ căng đai

- 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%)

(c) Bán kính nhỏ có thể khó đạt được nếu không có bộ tăng áp suất để đạt áp suất cao

Hình 1.7 Các sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ứng dụng trong công

nghiệp hàng không - vũ trụ [20]

Về vật liệu, tất cả các kim loại và hợp kim được sử dụng để dập vuốt đều có thể được sử dụng để dập thủy tĩnh phôi ống Phôi ống có thể là ống không hàn hoặc ống hàn [1] – [11], [37] Những thông số cơ bản nhất về vật liệu như ứng suất chảy giới hạn Y, ứng suất bền giới hạn U , hằng số vật liệu C, số mũ hóa bền n, v.v rất cần

thiết cho các nhà kỹ thuật trong nghiên cứu và sản xuất công nghiệp với công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống [38] – [40] Trên cơ sở về các thông số cơ học của vật liệu giúp đưa ra lựa chọn áp suất chất lỏng tạo hình pi, chuyển vị mặt đầu ống s, lực dọc trục Fa, lực đối áp Fg, thiết bị dập phù hợp Tính chất cơ học của vật liệu phải được xác định trước khi tiết kế quy trình dập thủy tĩnh [41], [42] Các loại vật liệu ống

Ống xả động

cơ phụ trợ

Ống dẫn khí tới động cơ phụ

Ống xả chính (Béc và đầu nối) Ống dẫn Nacelle

Cụm xả chính

Khớp linh hoạt

Cụm phần nóng

Ống dẫn khí tới động cơ phụ Ống dẫn

động cơ

thường có thể được sử dụng như thép carbon, thép không gỉ, thép cường độ cao, đồng, hợp kim đồng, nhôm, hợp kim Al-Mg, hợp kim Titan, v.v [37], [43] – [47].

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 [7], [28] – [30]

Thông số

Sản xuất bằng công nghệ thông thường

Sản xuất bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống

Số chi tiết riêng

Thời gian thiết kế

Hình 1.8 Sản phẩm vi ống chữ T được dập thủy tĩnh: a) từ phôi ống vật liệu đồng C1220

[48], b) từ phôi ống vật liệu SUS304 [49]

Trong những năm gần đây, dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình các chi tiết kim loại dạng rỗng có kích thước micro mang lại tiềm năng kinh tế cho các ngành sản xuất thiết bị vi mô Các chi tiết kim loại dạng rỗng này được dùng trong công nghệ y tế, các phần tử của pin nhiên liệu, thiết bị vi lỏng, bộ trao đổi nhiệt vi mô, hệ thống vi cơ

Hạt gạo

điện tử hoặc trục vi rỗng (hình 1.8) [48], [49] Quy trình dập tạo hình, vật liệu có thể được sử dụng, ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết dạng rỗng có kích thước micro và các ứng dụng khác nhau được trình bày đầy đủ và tổng quát trong các tài liệu tham khảo [50] – [55]

1.2.1.2 Về công nghệ

Xây dựng lý thuyết về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống đã được các nhà khoa học, nhà kỹ thuật nghiên cứu từ trước năm 1960 và phát triển mạnh từ sau năm 1990 Các nghiên cứu tập trung vào tạo hình chi tiết ống có đường trục thẳng, trong đó đề xuất sơ đồ công nghệ, trạng thái ứng suất, biến dạng ở các vùng khác nhau (vùng dẫn hướng, vùng chuyển tiếp, vùng biến dạng) trong quá trình dập, phân tích và phát hiện lỗi của chi tiết như nhăn, rách, cong [56] – [58] Các kết quả nghiên cứu được kiểm nghiệm và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô –

xe máy, tàu thủy, hàng không – vũ trụ

Điển hình ở Nga, Mỹ và Đức, các tác giả Bogoyavlensky, K.N và cộng sự (1998

- Nga) [59]; Singh, H (2003 - Mỹ) [6]; F Dohmann và Ch Hartl [56] – [58]; Koç,

M (2008 - Đức) [7] đã nghiên cứu nguyên lý công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống và các giai đoạn tạo hình như: giai đoạn đóng khuôn, giai đoạn biến dạng tự do, và cuối cùng là giai đoạn tinh chỉnh Các giai đoạn tạo hình cũng như các thông số công nghệ được mô tả và được coi là những kiến thức nền tảng Từ đó, hàng loạt nghiên cứu của nhiều tác giả khác trên thế giới khai thác lý thuyết cơ bản để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình như áp suất chất lỏng công tác pi, chuyển vị mặt đầu ống s, lực dọc trục Fa, lực ma sát Ff, lực làm kín khít Fp, lực đối áp Fg, biến mỏng chiều dày ống lớn nhất t-max, v.v trong từng giai đoạn Nhiều tác giả đã đưa ra công thức giải tích, công thức thực nghiệm để xác định các thông số công nghệ, đưa ra những nhận định quan trọng như: khi áp suất chất lỏng pi tăng sẽ làm thành phôi ống

bị ép chặt vào lòng khuôn trong vùng dẫn hướng làm kim loại khó dịch chuyển vào vùng chuyển tiếp và vùng mở rộng, dẫn đến biến dạng chủ yếu là biến dạng kéo và làm biến mỏng thành ống Lực dọc trục Fa tăng sẽ hỗ trợ cấp phôi vào vùng chuyển tiếp và vùng mở rộng Lực dọc trục Fa là thống số công nghệ phụ thuộc vào vật liệu ống, áp suất chất lỏng, chuyển vị mặt đầu ống, bôi trơn, thông số hình học của phôi, khuôn, chi tiết, v.v Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong các vùng được xem là quan trọng nhất, đặc biệt ở giai đoạn biến dạng tạo hình trong lòng khuôn (ứng suất nén, biến dạng kéo) (hình 1.18, 1.19)

Qua khảo sát các tài liệu, bài báo công bố về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống trong những năm qua, các nhà khoa học trên thế giới tập trung chủ yếu vào các vấn

đề sau: sơ đồ công nghệ, các phương pháp tạo hình, các thông số công nghệ

a) Sơ đồ công nghệ

Dập thủy tĩnh phôi ống có thể được thực hiện qua các bước công nghệ trên hình 1.9 Sơ đồ công nghệ phù hợp giúp tối ưu hóa các thông số quá trình tạo hình để đạt được hình dạng sản phẩm ống mong muốn, cơ - lý tính của vật liệu tốt hơn, cũng như

dự đoán được ứng xử của vật liệu trong quá trình tạo hình [2], [6] – [8]

Hình 1.9 Sơ đồ công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống Hình 1.10 Uốn phôi ống [7]

η – độ nhớt của chất bôi trơn, ν – vận tốc trượt

Hình 1.11 Đường cong Stribeck thể hiện bốn cơ chế bôi trơn khác nhau [7]

Ma sát ướt μ < 0.03

Ma sát ướt

Ma sát nửa ướt 0.03 < μ < 0.1 ην/μ

ην/μ

- Phôi ống không hàn hoặc phôi ống hàn thường được chọn để tạo hình chi tiết

Phôi ống được cắt theo kích thước thiết kế và làm sạch Phôi ống thường có hình dạng ban đầu đơn giản (có tiết diện ngang hình tròn, ô van, chữ nhật, hình vuông), các đầu của phôi ống được định hình để phù hợp với dụng cụ kín khít Phôi ống có thể cần được uốn cong (hình 1.10) hoặc ép sơ bộ trước để có hình dạng gần với hình dạng

của chi tiết, hoặc dễ dàng đặt vào lòng khuôn

- Bôi trơn bề mặt phôi ống - khuôn và định vị phôi ống vào lòng khuôn: bề mặt

ngoài của phôi ống và bề mặt lòng khuôn được bôi trơn có thể hình thành một trong bốn cơ chế bôi trơn như trình bày trên hình 1.11 [7], [60] – [63] Hệ số ma sát nhỏ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc cấp phôi vào vùng biến dạng giãn nở rộng trong quá trình dập

- Đóng khuôn và cấp chất lỏng công tác: nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới được

đóng và kẹp chặt sau khi phôi đã được định vị trong lòng khuôn Các chày dọc trục cũng được đóng để đảm bảo yêu cầu kín khít các đầu phôi ống Chất lỏng công tác được cấp vào lòng phôi ống và điền đầy ống (hình 1.12)

Hình 1.12 Đóng khuôn và cấp chất

lỏng công tác vào lòng phôi ống [64]

Hình 1.13 Tạo hình thủy tĩnh bằng nguồn

Hình 1.14 a) Dập thủy tĩnh tích hợp thêm các bước nguyên công [30], b) Dập thủy tĩnh

tích hợp với nguyên công nối ghép thủy tĩnh [8]

- Dập thủy tĩnh: Đây là giai đoạn quyết định sự thành công của công nghệ, phôi ống được tạo hình theo hình dạng mong muốn bằng nguồn chất lỏng áp suất cao (hình 1.13), có kết hợp với lực dọc trục, chuyển vị của chày dọc trục để hỗ trợ cấp phôi dọc

và lực đối áp để quá trình tạo hình không diễn ra quá nhanh dẫn đến rách phôi Cuối

quá trình tạo hình có thể thực hiện ngay bước đột lỗ, cắt trích tương tự như bước công nghệ sử dụng chày mềm cối cứng (hình 1.14a) [30], (hình 1.14b) [8], [65]

- Xử lý sau dập và hoàn thiện sản phẩm: Sản phẩm sau khi dập có thể trải qua các

công đoạn hoàn thiện như gia công cơ, nhiệt luyện, v.v

a) b)

Hình 1.15 Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất cao bên trong lòng phôi ống [70]

Hình 1.16 Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất bên ngoài ống [8]

Đường kính

Lực dọc trục

Nhiều nhà kỹ thuật [8], [66] – [71] đã phân loại phương pháp dập thủy tĩnh phôi ống làm ba loại hình sau: Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất cao bên trong lòng phôi ống pi có kết hợp lực dọc trục Fa để cấp phôi dọc trục (hình 1.15a) và không cấp phôi dọc trục (hình 1.15b) [71], dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất bên ngoài ống pe

(hình 1.16) [8], và dập thủy tĩnh phôi ống kết hợp cả áp suất bên trong lòng phôi ống

pi và áp suất bên ngoài ống pe (hình 1.17) [70]

a) b)

Hình 1.18 Trạng thái ứng suất khi dập thuỷ tĩnh phôi ống với tải trọng đơn [59]

c) Các thông số công nghệ

Dập tạo thủy tĩnh phôi ống là một quá trình tạo hình kim loại phức tạp liên quan đến các thông số cơ bản như tính chất cơ học của vật liệu, ma sát, kích thước hình học của phôi và khuôn, áp suất chất lỏng pi, lực dọc trục Fa, lực đối áp Fg, lực ép ngang, v.v

Bogoyavlensky, K.N và cộng sự [59] đã nghiên cứu biểu đồ phân bố ứng suất, biến dạng cụ thể ở thành phôi ống trong vùng dẫn hướng (I), vùng chuyển tiếp (II) và vùng biến dạng giãn nở rộng (II, III), vị trí phôi biến dạng tự do, phôi tiếp xúc với chày đối áp (IV), với lòng khuôn (hình 1.18, 1.19) Trên cơ sở trạng thái ứng suất, biến dạng có thể xác định các thông số công nghệ và thiết kế khuôn sao cho giảm thiểu các vùng nguy hiểm trên phôi

Bên cạnh đó, nhiều nhà kỹ thuật cũng nghiên cứu để giải thích các thông số công nghệ còn phụ thuộc vào mức độ biến dạng của vật liệu phôi và hình dạng của khuôn Fethi Abbassi và cộng sự [72] (hình 1.20) đã nghiên cứu xác định các thông số công nghệ đầu vào bao gồm: 1 - tính chất vật liệu, 2 - hệ số ma sát, 3 - chiều dày phôi ống

và chi tiết, 4 - đường kính phôi ống và chi tiết, 5 - tỷ lệ đường kính vấu / đường kính phôi, 6 - chiều cao vấu, 7 - bán kính khuôn thông qua mô hình mạng nơ-ron nhân tạo

và phần tử hữu hạn Nghiên cứu này nhằm xác định các thông số quá trình bao gồm:

1 - áp suất chất lỏng bên trong pi, 2 - lực dọc trục Fa, 3 - lực đối áp Fg, 4 – các lỗi (biến mỏng và nhăn) để thiết kế và tối ưu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình chi tiết ống chữ T từ vật liệu SUS 304 và đạt được chiều cao vấu tối đa, giảm tối thiểu biến mỏng, nhăn và nứt

a) b)

Hình 1.20 a) Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo, b) Chi tiết ống chữ T bị nứt, nhăn [72]

Tác giả F Dohmann và Ch Hartl [58] đã sử dụng phương pháp mô phỏng số kết hợp với thực nghiệm để nghiên cứu về ảnh hưởng của lực dọc trục Fa, chuyển vị dọc trục s và áp suất chất lỏng pi đến khả năng cấp phôi vào lòng khuôn, nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát giữa bề mặt phôi ống với bề mặt khuôn đến chiều cao vấu, biến mỏng của chi tiết trục khuỷu rỗng từ vật liệu thép và thép không gỉ

Nhiều công trình nghiên cứu cũng chỉ ra ma sát giữa bề mặt phôi ống và bề mặt khuôn đóng vai trò quan trọng trong dập thủy tĩnh phôi ống, bởi ma sát nhỏ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phôi kéo vào lòng khuôn, không gây ra hiện tượng biến mỏng lớn của phôi và bù được kim loại vào vùng biến dạng giãn nở rộng và các góc lượn

khuôn [7], [60] – [63] Hệ số ma sát thường được áp dụng trong tính toán µ = 0.03 ÷

0.2 (hình 1.11) Tuy nhiên, lực ma sát còn phụ thuộc vào áp suất chất lỏng trong lòng phôi pi, chiều dài cấp phôi s và phương pháp bôi trơn

Các dạng hỏng hay gặp phải trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống (hình 1.21) như nhăn, nứt, rách, cong, đàn hồi lại làm sai lêch kích thước cũng được nhiều nhà

kỹ thuật quan tâm, phân tích nguyên nhân và đưa ra giải pháp [1] – [9], [73] Nguyên nhân nhăn chủ yếu do lực dọc trục lớn, rách do mức độ biến dạng quá lớn, nhưng cũng có liên quan đến khả năng biến dạng dẻo của vật liệu [7] Dựa trên mô phỏng

số, các tác giả có thể lựa chọn được thông số công nghệ phù hợp để khắc phục hiện tượng nhăn, rách và cong Nâng cao khả năng biến dạng của vật liệu, đặc biệt là biến dạng kéo chủ yếu được nghiên cứu thông qua thực nghiệm [74]

Hình 1.21 Các dạng hỏng trong quá trình dập các chi tiết đối xứng trục: a) cong, b) nhăn,

c) rách [73]

Hình 1.22 Giai đoạn tạo hình tự do và hiệu chỉnh trong quá trình dập thủy tĩnh chi tiết

ống phình [75]

Nader Asnafi và cộng sự [75], [76] đã chỉ ra trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, ứng suất nén xảy ra ở vùng dẫn hướng, ứng suất kéo xảy ra ở vùng giãn nở rộng Các dạng hỏng chính là cong, nhăn (ứng suất nén dọc trục cao), rách ống (ứng suất kéo ở vùng giãn nở rộng cao hơn ứng suất bền giới hạn của vật liệu) (hình 1.22) Chỉ khi mối quan hệ, phụ thuộc giữa lực dọc trục Fa và áp suất bên trong pi phù hợp sẽ giảm nguy cơ sai hỏng Cả hai thông số lực dọc trục và áp suất bên trong đều phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết, vật liệu ống và điều kiện bôi trơn

Nguy cơ cong vênh lớn nhất trong giai đoạn bắt đầu quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, đặc biệt nếu chày dọc trục cấp phôi dọc trục [1], [6], [7], [75], [77] có vận tốc dịch chuyển không phù hợp Nếu hiện tượng cong xảy ra thì không thể tiếp tục quá trình dập vì không thể kiểm soát được Nguy cơ cong cũng phụ thuộc vào chiều dài ống tự do lf, đường kính phôi d0 và chiều dày phôi t0 (hình 1.23)

Hình 1.23 Phôi ống và lòng khuôn dập giãn [75]

Chiều dài ống tự do lf không được vượt quá hai lần đường kính phôi ống, nếu 20

 d0 /t0  45 Tuy nhiên, nếu d0 /t0 > 45 nguy cơ cong là rất lớn (vì thành ống rất mỏng),

do đó lf << 2d0 Nếu d0 /t0 < 20 nguy cơ cong rất thấp (vì thành ống rất dày), do đó chiều dài ống tự do lf có thể được phép vượt quá hai lần đường kính phôi ống [1], [6], [7], [75], [77]

Hình 1.24 Các giới hạn trong dập thủy tĩnh phôi ống [75]

Lực kín khít Fck là một thành phần của lực dọc trục tác động lên các đầu ống, nó phải vượt quá một giới hạn nhất định để tránh rò rỉ chất lỏng cao áp Biến dạng trong quá trình dập thủy tĩnh bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Do đó, giới hạn

mà tại đó biến dạng dẻo bắt đầu xảy ra là rất quan trọng Các nhà nghiên cứu [75], [76], [78], [79] đã xác định được các giới hạn nhăn, rách, bắt đầu biến dạng dẻo, kín khít và tạo hình hiệu quả (hình 1.24) Giới hạn tạo hình hiệu quả phụ thuộc vào cả vật

Giới hạn tạo hình hiệu quả

Giới hạn nhăn

Giới hạn rách Giới hạn

bắt đầu biến dạng dẻo

liệu ống và thông số của khuôn Giả sử hình dạng khuôn được giữ không đổi, trong khi vật liệu ống được thay đổi, khi đó vật liệu thép mềm thể hiện giới hạn tạo hình hiệu quả lớn hơn, trong khi thép cường độ cao thể hiện giới hạn tạo hình hiệu quả nhỏ hơn [80]

Hiện tượng đàn hồi lại chủ yếu liên quan đến bản chất vật liệu do ứng suất dư xuất hiện [81], [82] Tuy nhiên tác giả Kleiner và cộng sự [82] đã chứng minh ảnh hưởng của áp suất chất lỏng tạo hình đến ứng suất dư trên sản phẩm, áp suất chất lỏng tạo hình tăng thì ứng suất dư sẽ giảm, qua đó có thể nâng cao độ chính xác của sản phẩm dập Trong nghiên cứu của Bruni [81], tác giả đã trình bày các kỹ thuật để xác định ứng suất dư và biến dạng đàn hồi thông qua đánh giá tín hiệu phản hồi của tia X hoặc cắt mẫu bằng phương pháp cắt laser, sau đó đo trên máy đo 3D Một số nghiên cứu của các tác giả khác cũng nhận định tương tự rằng biến dạng đàn hồi giảm khi tăng

áp suất chất lỏng tạo hình hoặc tăng ma sát giữa phôi ống và khuôn [83]

Các nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ thường được các nhà kỹ thuật, nhà nghiên cứu tiến hành bằng mô phỏng số để tiết kiệm thời gian, chi phí và cho kết quả phân tích, nhận định ban đầu tương đối chính xác Tác giả Fethi Abbassi và cộng sự [72], Nader Asnafi và cộng sự [75], [76], Daniel Koller và cộng

sự [84], sử dụng mô phỏng số như một công cụ hữu hiệu để tối ưu các thông số quá trình trong dập thủy tĩnh phôi ống

Để nâng cao khả năng tạo hình, nhiều tác giả đã đề xuất và triển khai dập kết hợp

với ủ trung gian, dập kết hợp gia nhiệt cho phôi ống, điều này khá hiệu quả đối với

cả tạo hình vật liệu kim loại màu và kim loại đen [7], [85] – [99]

d0 = 25.4 mm

Tác giả Thanakijkasem và cộng sự [86] đã so sánh và đánh giá ảnh hưởng của bước ủ kết tinh lại ở 10500C đến khả năng tạo hình phôi ống từ thép không gỉ SUS304 trong quá trình dập thủy tĩnh một bước với quá trình dập thủy tĩnh hai bước kết hợp

1 bước ủ kết tinh lại trung gian trên cơ sở mô phỏng số và thực nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấy bước ủ trung gian cải thiện khả năng tạo hình để tạo hình các chi tiết ống dạng rỗng phức tạp (hình 1.26)

Hình 1.26 So sánh kết quả dập thủy tĩnh: a) Dập 1 bước – chi tiết ống bị rách, b) Dập 2 bước kết hợp bước kết hợp 1 bước ủ kết tinh lại trung gian – chi tiết ống đạt yêu cầu [86]

- Gia nhiệt trong quá trình tạo hình

Hình 1.27 Dập đẳng nhiệt sử dụng môi trường áp suất chất lỏng tạo hình là dầu hoặc khí

[87]

a) b)

Hình 1.28 Các chi tiết ống xả vật từ liệu thép ferit được dập thủy tĩnh phôi ống: a) Phôi

ống gia nhiệt riêng [87], b) Phôi ống được dập đẳng nhiệt [88]

Nhiều nhà kỹ thuật đã nghiên cứu ảnh hưởng của thông số nhiệt độ trong quá trình dập thủy tĩnh phôi ống để tạo hình các vật liệu khó biến dạng như hợp kim nhôm - magie, thép cường độ cao và hợp kim titan [7], [87] – [99] Các tác giả cũng minh chứng được khi tăng nhiệt độ từ 1000C đến 3000C, vật liệu hợp kim nhôm - magiê có

độ giãn dài có thể tăng lên đến 300% [7] Phôi ống có thể được gia nhiệt riêng hoặc

áp dụng công nghệ dập đẳng nhiệt để gia nhiệt trên toàn bộ khuôn và phôi ống (hình 1.27) Việc gia nhiệt sẽ giảm được lực dọc trục Fa và áp suất chất lỏng tạo hình pi, tăng được mức độ biến dạng dẻo của kim loại (hình 1.28) [7], [87]

Maeno và cộng sự [89] đã nghiên cứu khả năng dập thủy tĩnh phôi ống tạo hình chi tiết ống trụ bậc từ hợp kim nhôm 6063 được gia nhiệt bằng điện trở Cụ thể, ảnh hưởng của điện cực và mật độ dòng điện đến khả năng tạo hình ở trạng thái ấm đã được nghiên cứu Nghiên cứu đã xác định rằng độ dẻo của ống hợp kim nhôm được cải thiện rõ rệt so với độ dẻo của tạo hình nguội, được thể hiện qua đường kính phình giãn nở rộng tới hạn là 132% Tuy nhiên, do hai đầu ống tiếp xúc với chày kín khít, nhiệt độ dọc theo hướng trục của ống không hoàn toàn đẳng nhiệt

Các nhà nghiên cứu của Mỹ [90] và Châu Âu [91] đã có những đóng góp đáng kể trong việc sản xuất kết cấu thép sử dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống Phòng thí nghiệm ở Fraunhofer IWU Chemnitz [92], [93] đã thiết kế hệ thống gia nhiệt sử dụng trong quá trình dập thủy tĩnh, hệ thống này có thể gia nhiệt lên đến 3300C và tạo ra

áp suất tạo hình đến 80 MPa Quá trình dập thủy tĩnh có gia nhiệt mở ra khả năng tạo hình các chi tiết dạng rỗng từ các vật liệu nhẹ khó biến dạng như hợp kim nhôm, ma giê, titan, v.v với mức độ biến dạng tăng, giảm lực dọc trục, giảm áp suất tạo hình, nâng cao độ chính xác hình dạng [94] – [99]

Thùng dầu Bơm

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống có thể được thực hiện với thiết bị chuyên dụng, thiết bị vạn năng và thiết bị điều khiển số tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu của quy trình tạo hình [6] – [9], [100] – [102] Thiết bị chuyên dụng thường được sử dụng để sản xuất loạt lớn các sản phẩm phức tạp, trong khi thiết bị vạn năng có thể phù hợp hơn cho sản xuất loạt nhỏ hơn hoặc cho phạm vi rộng hơn của hình dạng hình học chi tiết [6] – [9] Thiết bị điều khiển số, như hệ thống thủy lực và cảm biến

do máy tính điều khiển, có thể được sử dụng để điều khiển chính xác quá trình dập

và giám sát hoạt động của thiết bị theo thời gian thực [6] – [8], [100] – [102]

a)

b)

Hình 1.30 Thiết bị chuyên dụng cho dập thủy tĩnh phôi ống: a) Nhà máy dập thủy tĩnh từ

S DUNKES GmbH tại Fraunhofer IWU (Đức) [8], b) Khuôn dập và phôi được gia nhiệt

tại Đại học Bách khoa Hồng Kông, Trung Quốc [102]