Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu mô phỏng khả năng tạo hình SUS 304 tấm bằng công nghệ MSPIF

-

HỒ HỮU HÂN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG KHẢ NĂNG TẠO HÌNH

A RESEARCH ON THE SIMULATION OF THE

FORMABILITY OF SUS304 STAINLESS STEEL SHEET BY MULTI-STAGE SINGLE POINT INCREMENTAL

FORMING (MSPIF) TECHNOLOGY

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2023

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Lê Khánh Điền

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: GS TS Nguyễn Thanh Nam

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Võ Tuyển

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc - Chủ tịch

2 TS Phạm Quang Trung - Thư ký

3 PGS.TS Nguyễn Thanh Hải - Phản biện 1 4 PGS.TS Võ Tuyển - Phản biện 2

5 PGS.TS Lê Thế Truyền - Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh : 14/11/1978 Nơi sinh : Đồng Nai

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Tổng quan, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.

- Cơ sở lý thuyết quá trình tạo hình tấm SUS304 bằng công nghệ MSPIF - Thiết lập mô hình chạy mô phỏng tấm SUS304 bằng công nghệ MSPIF - Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình

SUS304 tấm bằng công nghệ MSPIF - Kết luận và hướng phát triển đề tài

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10/12/2022

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS LÊ KHÁNH ĐIỀN

VI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: GS.TS NGUYỄN THANH NAM

Tp HCM, ngày tháng năm 2022

i

Trong quá trình học tập tại trường nói chung cũng như quá trình thực hiện đề tài luận văn này nói riêng, em đã nhận được hướng dẫn tận tình, học tập được nhiều kinh nghiệm quý báu từ quý thầy cô giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô Khoa Cơ khí Lời nói đầu tiên cho em gửi lời tri ân đến quý thầy, cô đã tận tình giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian làm nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS Lê Khánh Điền và GS.TS Nguyễn Thanh Nam đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy ở Xưởng cơ khí Trường Đại Học Công Nghệ Sài Gòn đã tạo điều kiện cho em sử dụng máy CNC để chạy thực nghiệm

Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: ▪ Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

▪ Khoa Cơ khí trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

▪ Phòng Quản lý Khoa học Sau Đại học trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

Cuối cùng em cũng xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã giúp đỡ, động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy, cô đóng góp ý kiến để em hoàn thiện hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Học viên

Hồ Hữu Hân

ii

Mặc dù Công nghệ tạo hình tấm không dùng khuôn (Incremental Sheet Forming –ISF) đã được Leszak phát minh và nhận bằng sáng chế từ năm 1967 tại Hoa Kỳ nhằm tạo hình sản phẩm tấm không dùng khuôn phù hợp với sản xuất đơn chiếc và sản lượng nhỏ, nhưng Công nghệ này chỉ mới thực sự được các nước phát triển đặc biệt quan tâm từ thập niên 90 khi mà công nghệ điều khiển đã trở nên hiệu quả và phổ biến

Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã liên tục nghiên cứu từ lý thuyết đến thực tiển phương pháp tạo hình tấm này Một trong những cải tiến gần đây là công nghệ tạo hình cục bộ liên tục qua nhiều giai đoạn (Multi-stage Single Point Incremental

Forming - MSPIF) với mong muốn tăng góc tạo hình mà công nghệ SPIF trước đây

chưa đạt được

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu mô phỏng khả năng tạo hình bằng công nghệ MSPIF trên tấm thép không gỉ SUS304 ở nhiệt độ thường, thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (Góc tạo hình giữa các giai đoạn α, lượng tiến dụng cụ xuống z, đường kính dụng cụ D và vận tốc chạy dụng cụ Vxy) ảnh hưởng đến khả năng tạo hình (tức góc tạo hình  là góc của tiếp tuyến bề mặt tạo hình và phương ngang)

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp các chế độ gia công tạo hình cho quá trình MSPIF trên tấm SUS304 để đạt được khả năng tạo hình lớn nhất

iii

Although Incremental Sheet Forming technology - ISF was invented and patented by Leszak in 1967 in the United States for forming metal sheet without molds that is suitable for single batch production, but this technology has only been really interested in developed countries since the 90s when the control technology has become effective and popular

From this time, researchers have continuously studied from theory to practice this forming method One of the recent innovations is the Multi-stage Single Point Incremental Forming - MSPIF) with the desire of increasing the forming angle that classic SPIF technology could not previously achieved

The objective of this thesis is to study and simulate the forming ability by MSPIF technology on SUS304 stainless steel plate at normal temperature to establish the relationship between technological parameters (Shaping angle between stages α, advanced tool down z, tool diameter D and tool running speed Vxy) affect the forming ability (the forming angle is the angle of the tangent to the forming surface and the horizontal line)

The results may provide new forming processing modes for the MSPIF technology on the SUS304 sheet to achieve the bigger formability

iv

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn: Hồ Hữu Hân

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvi

Chương 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1

1.1Giới thiệu chung về công nghệ MSPIF 1

1.1.1Các phương pháp gia công cổ điển 1

1.1.2Công nghệ SPIF 1

1.1.3Nhu cầu và sự ra đời của công nghệ MSPIF 2

1.1.4Khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trong MSPIF 3

1.2Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về công nghệ MSPIF 4

1.2.1Các nghiên cứu ở nước ngoài 4

1.2.2Các nghiên cứu trong nước 5

1.3Tổng quan về vật liệu thép không gỉ 7

1.3.1Lịch sử, khái niệm và phân loại thép không gỉ [13], [14], [27] 7

1.3.2Thép không gỉ 304 (SUS304) [15] 14

1.3.3Ứng dụng của SUS304 16

1.4Tính cấp thiết của đề tài 17

1.5Nhiệm vụ nghiên cứu 17

1.5.1Mục tiêu nghiên cứu 17

1.5.2Nội dung nghiên cứu 17

1.5.3Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 18

1.6Phương pháp nghiên cứu 18

TÓM TẮT CHƯƠNG 1 19

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TẤM SUS304 BẰNG CÔNG NGHỆ MSPIF 20

2.1 Biến dạng đàn dẻo, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong vùng dẻo 20

2.2Cơ sở lý thuyết tạo hình của công nghệ MSPIF 22

2.3Các thông số ảnh hưởng đến khả năng tạo hình 24

2.4Giới thiệu về ABAQUS [17] 24

2.4.1Các đặc điểm chính của Abaqus: 25

2.4.2Các bước của một mô hình phân tích FEA 25

vi

2.4.5Kiểu chi tiết 29

2.4.6Bậc tự do trong Abaqus 29

2.4.7Một số hình ảnh ứng dụng Abaqus để mô phỏng 31

2.5Cơ sở lý thuyết MSPIF dùng trong mô phỏng dùng ABAQUS 32

2.6Quy họach thực nghiệm và phần mềm Minitab 39

2.6.1Lựa chọn phương pháp quy hoạch mô phỏng 39

2.6.2Giới thiệu phần mềm Minitab [25] 40

TÓM TẮT CHƯƠNG 2 41

Chương 3:THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHẠY MÔ PHỎNG TẤM SUS304 BẰNG BẰNG CÔNG NGHỆ MSPIF 42

3.1Khảo sát mô phỏng và thực nghiệm để xác định góc tạo hình ban đầu (0) 42

3.1.1Chọn vật liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu vùng dẽo của SUS304 42

3.1.2Thủ tục mô phỏng trên mẫu côn cong bằng Abaqus 2020 48

3.2Các bước thực hiện mô phỏng với Abaqus 55

3.3Thực nghiệm SPIF để xác định góc tạo hình ban đầu (0): 87

3.4Khảo sát mô phỏng khả năng tạo hình tấm SUS304 bằng công nghệ MSPIF 91

3.4.1 Các điều kiện biên trong mô phỏng cần phù hợp với thực nghiệm 91

3.4.2Thống nhất các thông số tạo hình trong mô phỏng và thực nghiệm 91

3.4.3Mẫu dùng trong mô phỏng 91

3.4.4Quy trình khảo sát biến dạng dẻo trong MSPIF bằng phần mềm ABAQUS 91

3.4.5Xác định thông số ban đầu cho mô phỏng số 92

3.4.6Lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm: 93

4.1Thiết lập phương trình hồi qui từ kế quả mô phỏng 117

4.1.1Bảng ma trận giá trị kết quả mô phỏng khai báo trong Minitab 117

4.1.2Phương trình hồi quy cơ bản bằng Minitab 117

4.1.3Phân tích ảnh hưởng của các nhân tố từ kết quả thử nghiệm 122

vii

4.1.5Tối ưu hóa thiết kế 125

4.1.6Tối ưu hóa phương trình hồi quy 127

5.2Hướng phát triển của đề tài 133

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 134

TÀI LIỆU THAM KHẢO 135

PHỤ LỤC 1 138

1 Công cụ dùng để chạy mô phỏng 138

1.1Máy tính công nghiệp ADVANTECH (Core i5) 138

1.2Laptop ThinkPad (Core i7) 138

1.3Máy tính HP Workstation (XEON) 138

2 Mô hình CAD 139

3 Mô hình 3D 139

4 Mô hình CAM 139

5 Quá trình thực hiện mô phỏng khả năng tạo hình bằng công nghệ MSPIF 141

5.1Tạo chi tiết mô hình: 141

5.2Tạo vật liệu chi tiết mô phỏng 142

5.3Xác định và gán các đặc tính bộ phận 143

5.4Lắp ráp mô hình 143

5.5Cấu hình phân tích 143

5.6Các yêu cầu xuất kết quả phân tích 144

5.7Chọn điều kiện biên lên mô hình 145

5.8Gán điều kiện di chuyển dụng cụ theo file NC 146

5.9Gán điều kiện tiếp xúc cho mô hình 148

5.10Chia lưới cho mô hình 148

5 Ứng dụng phương pháp phay tinh để thực hiện: 151

6 Các bước chuẩn bị trước khi gia công 152

7 Sản phẩm 153

8 Kết quả thực nghiệm 153

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 154

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH 1 1: CÔNG NGHỆ MIẾT VỚI SẢN PHẨM TRÒN XOAY [28] 1

HÌNH 1 2: SƠ ĐỒ TẠO HÌNH TẤM BẰNG SPIF (A) VÀ TPIF (B) [3] 2

HÌNH 1 3: LẬP PHƯƠNG TÂM MẶT AUSTENITIC [27] 9

HÌNH 1 4: LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI FERRITIC [27] 10

HÌNH 1 5: CẤU TRỤC TẾ VI CỦA DUPLEX [27] 11

HÌNH 1 6: LỤC GIÁC XẾP CHẶT [27] 11

HÌNH 2 1: MÔ HÌNH BIẾN DẠNG DẺO ĐƯỢC CHỌN DO PHÙ HỢP VỚI LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ KÉO THÉP KHÔNG GỈ SUS304 TẠI PTN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU 20

HÌNH 2 2: GIẢN ĐỒ ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG − [18] CỦA VẬT LIỆU DẼO 22

HÌNH 2 3: SƠ ĐỒ TÍNH ỨNG SUẤT TẠI MỘT ĐIỂM BẤT KỲ [19], [20] 23

HÌNH 2 4: BẬC TỰ DO TRONG ABAQUS 30

HÌNH 2 5: MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM VA CHẠM [24] 31

HÌNH 2 6: MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG [24] 31

HÌNH 2 7: ỨNG XỬ ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH (THÉP) 32

HÌNH 2 8: ỨNG XỬ ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA VẬT LIỆU ĐÀN-DẺO TRONG THÍ NGHIỆM KÉO 32

HÌNH 2 9: PHÂN ỨNG SUẤT THỰC THÀNH CÁC THÀNH PHẦN ĐÀN HỒI VÀ DẺO 35

HÌNH 2 10: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THỰC TUYẾN TÍNH 36

HÌNH 2 11: ĐƯỜNG CONG SONG TUYẾN TÍNH ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG 36

HÌNH 2 12: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THEO RAMBER-OSGOOD 39

HÌNH 3 1: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG RAMBERG-OSGOOD 44

x

HÌNH 3 3: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG KỸ THUẬT VÀ THỰC 46

HÌNH 3 4: ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG VÙNG DẺO CỦA SUS304 47

HÌNH 3 5: MẪU CÔN CONG VÀ SƠ ĐỒ TÍNH GÓC TAO HÌNH Α TAI ĐỘ SÂU Z 48

HÌNH 3 6: MÔ HÌNH CAD MẪU CÔN CONG 48

HÌNH 3 7: XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUỸ ĐẠO CHẠY DAO 3D TRÊN PHẦN MỀM AUTODESK FUSION 360 50

HÌNH 3 8: XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUỸ ĐẠO CHẠY DAO 2D TRÊN PHẦN MỀM 51

HÌNH 3 9: MÔ HÌNH THỰC SPIF 54

HÌNH 3 10: MÔ HÌNH TOÁN SPIF 54

HÌNH 3 11: GIAO DIỆN ABAQUS 2020 55

HÌNH 3 12: HỘP THOẠI CREATE PART 56

HÌNH 3 20: HÌNH DẠNG 3D CỦA TẤM ĐẾ VÀ ĐIỂM THAM CHIẾU 60

HÌNH 3 21: HỘP THOẠI CREATE MATERIAL 61

HÌNH 3 22: HỘP THOẠI CREATE SECTION 62

HÌNH 3 23: LẮP RÁP VỊ TRÍ CỦA TẤM VÀ DỤNG CỤ TẠI VỊ TRÍ NHƯ HÌNH 63

HÌNH 3 24: TẠO CÁC MẶT ĐỂ GÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN 64

xi

HÌNH 3 26: HỘP THOẠI CREATE FIELD 66

HÌNH 3 27: CHỌN CÁC BIẾN CẦN THIẾT ĐỂ XUẤT DỮ LIỆU CẦN KHẢO SÁT 66

HÌNH 3 28: MẶT SẼ ĐƯỢC CỐ ĐỊNH TRÊN TẤM 67

HÌNH 3 29: HỘP THOẠI CHO PHÉP HẠN CHẾ CÁC BẬC TỰ DO 68

HÌNH 3 30: CÁC BẬC TỰ DO ĐƯỢC HẠN CHẾ 68

HÌNH 3 31: TẠO MỘT AMPLITUDES ĐỂ GÁN ĐIỀU KIỆN DI CHUYỂN CHO DỤNG CỤ 69

HÌNH 3 32: CHỌN ĐIỂM THAM CHIẾU ĐỂ GÁN ĐIỀU KIỆN DI CHUYỂN CHO DỤNG CỤ 70HÌNH 3 33: TỌA ĐỘ VÀ BƯỚC THỜI GIAN ĐƯỢC GÁN AMPLITUDE 70

HÌNH 3 34: HỘP THOẠI CHO PHÉP CHỌN ĐIỀU KIỆN DI CHUYỂN DỤNG CỤ 71

HÌNH 3 35: CHỌN THUỘC TÍNH TIẾP XÚC TIẾP TUYẾN 72

HÌNH 3 36: CHỌN ĐIỀU KIỆN TIẾP XÚC GIỮA MẶT TẤM VÀ DỤNG CỤ 73

HÌNH 3 37: GÁN RÀNG BUỘC TIẾP XÚC GIỮA TẤM VÀ DỤNG CỤ 74

HÌNH 3 38: HỘP THOẠI MESH CONTROL 76

HÌNH 3 39: HỘP THOẠI ELEMENT TYPE 77

HÌNH 3 40: ABAQUS/CAE TỰ ĐỘNG TẠO RA CÁC ĐIỂM TÌM KIẾM 78

HÌNH 3 41: ABAQUS/CAE ĐÃ CHIA LƯỚI TẤM 79

HÌNH 3 42: CHỌN CẠNH ĐỂ CHIA LỚP CỦA TẤM 79

HÌNH 3 43: CHỌN SỐ BỘ VI XỬ LÝ CỦA MÁY TÍNH CHO VIỆC PHÂN TÍCH 80

HÌNH 3 44: MÔ HÌNH SPIF SAU KHI CHỌN RESULT 81

HÌNH 3 45: MÔ HÌNH SPIF SAU KHI TẠO HÌNH MÔ PHỎNG 83

HÌNH 3 46: BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG MỨC VỚI ỨNG SUẤT 83

HÌNH 3 47: VỊ TRÍ TẤM BỊ RÁCH SAU KHI CHẠY MÔ PHỎNG SPIF 84

HÌNH 3 48: MẶT CẮT CỦA TẤM BỊ CẮT SAU KHI CHẠY MÔ PHỎNG SPIF 85

xii

HÌNH 3 51: ĐỒ GÁ MẪU CHUYÊN DỤNG SPIF 87

HÌNH 3 52: DỤNG CỤ TẠO HÌNH VÀ KẸP RÚT SỬ DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM TẠI XƯỞNG 88

HÌNH 3 53: CHẠY SPIF TRÊN MÁY CNC 89

HÌNH 3 54: MẪU SẢN PHẨM CÔN CONG SAU KHI CHẠY SPIF 90

HÌNH 3 55: KÍCH THƯỚC CỦA MÔ HÌNH CAD 95

HÌNH 3 56: QUỸ ĐẠO CHẠY DỤNG CỤ MSPIF THEO TỌA ĐỘ XY 96

HÌNH 3 57: QUỸ ĐẠO CHẠY DỤNG CỤ THỰC HIỆN TRÊN 5 GIAI ĐOẠN 96

HÌNH 3 58: CHỌN GIÁ TRỊ BIẾN CẦN HIỂN THỊ 98

xiii

HÌNH 3 73: VỊ TRÍ TẤM BỊ RÁCH TRƯỜNG HỢP 8 113

HÌNH 3 74: BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TẤM BỊ RÁCH TRƯỜNG HỢP 8 114

HÌNH 4.1: LẬP PHƯƠNG ÁN THỰC NGHIỆM TRÊN MINITAB 117

HÌNH 4 2: KHAI BÁO THIẾT KẾ 118

HÌNH 4 3: TÓM TẮT THIẾT KẾ 118

HÌNH 4 4: MA TRẬN TỰ NHIÊN 119

HÌNH 4 5: MA TRẬN MÃ HÓA 119

HÌNH 4.6: KHAI BÁO PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRÊN MINITAB 120

HÌNH 4 7: KẾT QUẢ MÔ HÌNH PHÂN TÍCH 122

HÌNH 4 8: BIỂU ĐỒ PARETO 122

HÌNH 4 9: BIỂU ĐỒ CHO BIẾT MỨC QUAN HỆ TỶ LỆ 123

HÌNH 4 10: HỘP THOẠI CUBE PLOT 123

HÌNH 4 11: BIỂU ĐỒ CUBE PLOT 124

HÌNH 4 12: KHAI BÁO RESPONSE OPTIMIZER 125

HÌNH 4 13: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ 126

HÌNH 4 14: THỰC NGHIỆM MSPIF LẦN 1 128

HÌNH 4 15: THỰC NGHIỆM MSPIF LẦN 2 129

HÌNH 4 16: THỰC NGHIỆM MSPIF LẦN 3 129

BẢNG 1 4: CƠ TÍNH CỦA INOX 304 15

BẢNG 1 5: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA INOX 304 Ở ĐIỀU KIỆN Ủ [15] 15

BẢNG 1 6: QUY CÁCH MÁC INOX 304 16

BẢNG 2 1: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG SPIF VÀ DẬP THÔNG THƯỜNG 23

BẢNG 2 2: CÁC HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI TỔNG QUÁT 26

BẢNG 2 3: ĐẶC TÍNH GẦN ĐÚNG CỦA THÉP HỢP KIM NHẸ Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG 27

BẢNG 2 4: CÁC HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI TRONG PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT 27

BẢNG 2 5: CÁC HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI TRONG PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT 27

BẢNG 2 6: CÁC HẰNG SỐ QUAN TRỌNG 28

BẢNG 2 7: SỰ THỐNG NHẤT ĐƠN VỊ 28

BẢNG 2 8: BẢNG TÓM TẮT BIẾN DẠNG TƯƠNG ĐỐI THỰC KHI GIA TẢI 33

BẢNG 3 1: CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SUS304 42

BẢNG 3 2: BẢNG SỐ LIỆU ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG KỸ THUẬT [21] 44

BẢNG 3 3: BẢNG SỐ LIỆU ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THỰC 45

BẢNG 3 4: BẢNG DỮ LIỆU ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG VÙNG DẺO CỦA SUS304 47

BẢNG 3 5: GIÁ TRỊ 2 MỨC GIỚI HẠN CỦA 4 THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG 49

BẢNG 3 6: XỬ LÝ DỮ LIỆU NC QUỸ CHẠY DỤNG CỤ TRÊN EXCEL ĐỂ NHẬP VÀO ABAQUS 53

BẢNG 3 7: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG SPIF TRÊN TẤM SUS304 84

BẢNG 3 13: XỬ LÝ LỌC TỌA ĐỌ THEO THỜI GIAN 97

BẢNG 3 14: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 1 100

BẢNG 3 15: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 2 102

BẢNG 3 16: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 3 104

BẢNG 3 17: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 4 106

BẢNG 3 18: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 5 108

BẢNG 3 19: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 6 110

BẢNG 3 20: GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG TRƯỜNG HƠP 8 114

BẢNG 3 21: BẢNG MA TRẬN KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 115

BẢNG 4 1: BẢNG MA TRẬN GIÁ TRỊ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 117

BẢNG 4 2: NHẬP KẾT QUẢ GÓC TẠO HÌNH VÀO MINITAB 120

BẢNG 4 3: BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ TỐI ƯU KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TẤM SUS304 127

BẢNG 4 4: BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CHẠY THỰC NGHIỆM 128

BẢNG 4 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TẤM SUS304 130

BẢNG 4 6: TỔNG KẾT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 130

xvi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên đầy đủ, thường gặp/ theo ISO Giải thích ý nghĩa

αmax Góc biến dạng giới hạn tạo hình

Góc nhọn lớn nhất hợp bởi bề mặt tấm được tạo hình và phương ngang mà tấm không bị rách

s Hệ số Poison của vật liệu tấm p Hệ số Poison của vật liệu dụng cụ z Bước xuống dụng cụ sau mỗi lớp

DIC Digital Image Correlation Liên kết ảnh kỹ thuật số

FEA Finite Element Application Ứng dụng phần tử hữu hạn

Program

Phần mềm giả các bài toán phương

xvii

pháp phần tử hữu hạn

tử hữu hạn

dạng

với tốc độ cao

Công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng cục bộ liên tục

K Số yếu tố ảnh hưởng trong qui hoạch

k Hệ số mũ của công thức ứng suất trong miền dẻo

PPPTHH Phương pháp Phần tử hữu hạn Pro/ENGINEER Phần mềm CAD-CAM của PTC

Creo Parametric

Phần mềm giả các bài toán Sức bền vật liệu

xviii

S4R 4-node general-purpose shell,

reduced integration 4 nút, giản lược tích hợp

SPIF Single Point Incremental Forming

Công nghệ biến dạng cục bộ liên tục đơn điểm

Springback Lượng phục hồi sau tạo hình Substructuring Phân nhỏ cấu trúc

SUS304 Thép không gỉ, tiêu chuẩn Nhật JIS JFE443CT [45]

t Giá trị tiêu chuẩn Student

TNR Quy hoạch thực nghiệm yếu tố riêng phần

TNT Quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần

TPIF Two Point Incremental Forming

Công nghệ biến dạng cục bộ liên tục hai điểm

Vận tốc tiến dụng cụ trong mặt phẳng ngang (mm/phút)

 độ chênh lệch của đại lượng đo với kỳ vọng toán nhỏ hơn 0,05

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 1

Chương 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ MSPIF

1.1.1 Các phương pháp gia công cổ điển

Công nghệ gia công kim loại tấm đã ra đời từ rất lâu với các sản phẩm phục vụ nông nghiệp, gia dụng, nhưng phải chờ đến thế kỷ thứ 18 khi cuộc cách mạng kỹ nghệ cơ khí phát triển tại Anh thì công nghệ gia công tấm không khuôn mới được nghiên cứu sâu về lý thuyết và ứng dụng với nhiều phương pháp như gò và miết (Spinning) tạo biến dạng cho tấm dưới áp lực của con lăn hay đầu điểm ép và trượt trên bề mặt phôi quay tròn cho sản phẩm có dạng tròn xoay Miết có con lăn được phát triển để thay ma sát trượt bằng ma sát lăn Tuy nhiên, phương pháp miết chỉ chế tạo được các chi tiết tròn xoay (hình 1.1) chưa thể tạo hình các sản phẩm có hình dạng bất kỳ

1.1.2 Công nghệ SPIF

Các phương pháp gia công tấm cổ điển được sử dụng hiệu quả trong sản xuất hàng loạt lớn Đối với các sản phẩm tấm có hình dạng phức tạp, nhưng sản lượng đơn chiếc, chế tạo thử thì chi phí chế tạo khuôn rất tốn kém, không đủ bù chi phí ban đầu Vì vậy, từ thập niên 60 của thế kỷ 20, các nhà công nghệ đã cố gắng tìm kiếm các biện pháp gia công hiệu quả, phù hợp hơn Năm 1967, lần đầu tiên Edward Leszak (Mỹ) đã đưa ra phương pháp tạo hình “ Incremental Sheet Forming”- ISF bằng cách điều khiển quĩ đạo của dụng cụ tạo hình để tạo hình sản phẩm tấm Mặc dù nhận được bằng sáng chế năm 1967 [1] nhưng lúc đó công nghệ này chưa hiện thực được do kỹ thuật điều khiển thời đó còn thô sơ, phải chờ đến thập niên 90, khi kỹ thuật điều khiển số và sự xuất hiện các máy gia công CNC thì SPIF mới bắt đầu được nghiên cứu trong các viện nghiên cứu, các trường đại học và sau đó chiếm một vị trí quan trọng

Hình 1 1: Công nghệ Miết với sản phẩm tròn xoay [28]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 2 trong sản xuất ISF có thể tạo ra các hình dạng sản phẩm bất kỳ không đối xứng mà không dùng khuôn ISF được phân biệt thành hai phương pháp khác nhau:

Single Point Incremental Forming (SPIF): công nghệ tạo hình cục bộ liên tục

đơn điểm, có dụng cụ tác dụng trên một mặt của tấm còn mặt kia biến dạng tự do Phương pháp này không cần dùng khuôn có hình dạng của sản phẩm mà chỉ cần có tấm tựa dưới có cùng chu vi với sản phẩm và tấm kẹp trên để cố định phôi tấm cần tạo hình (hình 1.2a) Dụng cụ tạo hình có đầu hình bán cầu không có lưỡi cắt di chuyển theo quĩ đạo của biên dạng sản phẩm nhờ máy CNC hay máy chuyên dùng SPIF điều khiển Hầu hết các công trình nghiên cứu hiện nay đều tập trung vào SPIF do công nghệ này được xem như đại diện cho ISF [2]

Two Point Incremental Forming (TPIF): tạo hình bằng biến dạng cục bộ liên

tục hai điểm, lực tạo hình tác dụng trên cả hai mặt của tấm do ngoài tấm tựa dưới như

SPIF, TPIF còn cần dùng thêm dưỡng tạo phần lồi cho sản phẩm [3] Toàn bộ đồ gá và tấm tựa dưới sẽ di chuyển xuống theo đầu dụng cụ tạo hình còn dưỡng tạo phần lồi thì cố định trên bàn máy (hình 1.2b) TPIF có thể tạo hình tấm vừa lõm vừa lồi nhưng cần phải chế tạo thêm dưỡng và đồ gá phải có chuyển động lên xuống cùng với dụng cụ

1.1.3 Nhu cầu và sự ra đời của công nghệ MSPIF

Mặc dù công nghệ Tạo hình tấm tăng dần (ISF) đã được nghiên cứu và ứng dụng từ thập kỷ cuối của thế kỷ trước với hơn 30 năm kinh nghiệm và sự tích lũy của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này, nhưng khả năng biến dạng của tấm vật liệu được tạo thành vẫn ở một giá trị khiêm tốn hạn chế ISF thích hợp để tạo hình tấm cho một sản phẩm đơn lẻ hoặc sản xuất hàng loạt nhỏ với lợi thế lớn là không cần

Phôi tấmDụng cụ tạo hìnhDụng cụ tạo hình

Tấm đở dướiPhôi tấm

Tấm kẹp trên

Hình 1 2: Sơ đồ tạo hình tấm bằng SPIF (a) và TPIF (b) [3]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 3 chày và khuôn sản xuất trước nhưng khả năng định hình của vật liệu tấm được tạo hình không được lớn hơn góc định hình giới hạn khoảng 800 phụ thuộc vật liệu và các thông số tạo hình Mặc dù các nhà kỹ thuật đã đưa ra một số cải tiến để tăng khả năng tạo hình của tấm như làm nóng tấm tạo hình trong Hot SPIF nhằm tăng tính dẻo của vật liệu vả MSPIF tạo hình nhiều giai đoạn nhằm tăng cơ tính của tấm nhưng tất cả những nỗ lực và biện pháp cải tiến đều gặp phải những khó khăn khác nhau Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu khả năng tạo hình của công nghệ MSPIF trên tấm thép không gỉ SUS304 bằng phương pháp mô phỏng kết hợp với phương pháp thực nghiệm nhằm kiểm chứng Kết quả cũng được so sánh với công nghệ SPIF để chỉ ra những ưu và nhược điểm của từng phương pháp

1.1.4 Khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trong MSPIF

Phương pháp MSPIF thực chất dựa trên nền tảng của SPIF nhưng được thực hiện ở nhiều giai đoạn:

Có nhiều thông số ảnh hưởng đến khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trong MSPIF, các nghiên cứu trong [3], và [4] cho thấy một số trong số các thông số sau đây có ảnh hưởng đến khả năng tạo hình (góc tạo hình ) của sản phẩm tấm khi tạo hình bằng MSPIF:

(1) Module đàn hồi E, hệ số Poisson  của vật liệu tấm; (2) Bề dày tấm w trước khi gia công;

(9) Góc tạo hình ban đầu;

(10) Góc tạo hình giữa các giai đoạn

Sau khi loại trừ các thông số ít ảnh hưởng bằng nhiều biện pháp như quy hoạch chọn lọc, qui hoạch đơn thông số… [5] chỉ còn 4 thông số là góc tạo hình giữa các

giai đoạn , bước xuống z, tốc độ tiến dụng cụ Vxy, đường kính dụng cụ D, số vòng quay n của dụng cụ có ảnh hưởng nhiều nhất đến khả năng tạo hình (góc tạo

hình ) của vật liệu tấm kim loại Đây là các thông số có thể điều khiển, được chọn làm thông số đầu vào

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 4 Thông số đầu ra chính là khả năng tạo hình (góc tạo hình )

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về công nghệ MSPIF 1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Các nghiên cứu của nhóm N.Bay cùng cộng sự [6] Technical University of Denmark đã thực hiện thành công việc ứng dụng SPIF nhiều giai đoạn (MSPIF) tạo hình một chiếc cốc hình trụ đáy phẳng với thành thẳng đứng (900) trên vật liệu AA1050-H111 có bề dày 1 mm, đường kính dụng cụ Φ10, h = 80 mm, r = 80,5 mm, lượng chạy dụng cụ 1000 mm/phút, tốc độ dụng cụ 27 vòng/phút Kết quả chiến lược nhiều giai đoạn được trình bày có thể tạo ra một chiếc cốc có góc vẽ 90° mà trước đây không thể thực hiện được Nó chứng tỏ rằng các biến dạng ở xa biến dạng phẳng có thể đạt được trong SPIF và các đường biến dạng có thể khác xa với tuyến tính Sự phân bố của các biến dạng không chỉ phụ thuộc vào hình dạng của đường chạy dao mà còn phụ thuộc vào hướng (đi xuống hoặc đi lên) Chiến lược đề xuất cần được hoàn thiện bằng nghiên cứu sâu hơn nhưng đưa ra một khái niệm đầy hứa hẹn để tạo thành các bộ phận chi tiết có cạnh thẳng đứng trong SPIF

Trong bài báo [7], tác giả đã trình bày một chiến lược mới cho việc tạo hình tấm bằng công nghệ (SPIF) Quá trình tạo hình này liên quan đến việc sử dụng các mặt phẳng đường dẫn không nằm ngang của đầu công cụ và được định hướng để tạo ra các phần tường dốc Trong hầu hết các hoạt động SPIF, một tập hợp các đường dẫn công cụ đường viền khép kín tồn tại trên các mặt phẳng ngang hoặc đường dẫn công cụ xoắn ốc được nội suy từ các đường viền đã được sử dụng Khi quy trình là hoạt động một bước, độ dày cuối cùng sau khi tạo hình có thể được dự đoán bằng cách sử dụng định luật hình sin Luật gợi ý rằng độ dày cuối cùng của một vách thẳng đứng trở thành không Do đó, không thể tạo ra các vách dốc hoặc thẳng đứng thông qua SPIF một bước Vách đứng chỉ được tạo ra bằng phương pháp chia nhiều giai đoạn MSPIF Mục đích của nghiên cứu này là điều khiển sự dịch chuyển vật liệu bằng cách sửa đổi hướng của các mặt phẳng đường dẫn của đầu công cụ và phát triển quy trình để tạo ra các phần tường dốc Cách tiếp cận nhiều bước này đã được áp dụng cho việc tạo chiếc cốc vuông và sự phân bố độ dày đã được kiểm tra trên chi tiết

Trong nghiên cứu [8] này, các thí nghiệm được thực hiện cho các góc độ khác nhau, các tốc độ quay khác nhau và các giá trị kích thước giảm hai bậc ở tốc độ di chuyển của dụng cụ không đổi là 1000mm/phút đối với tấm thép không gỉ AISI304 có độ dày 0,8mm

- Trong quy trình một giai đoạn, đối với góc tường 600 và 650, độ sâu chi tiết 45mm đã đạt được thành công đối với tốc độ quay của dụng cụ là 600 vòng/phút và kích thước bước giảm 0,5mm

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 5 - Trong quy trình nhiều giai đoạn, đối với góc tường 700, độ sâu chi tiết tối đa là 21,3 mm đạt được trước khi bị phá hủy ở tốc độ quay của dụng cụ là 1000 vòng/phút với kích thước bước giảm 0,5 mm

- Nghiên cứu sâu hơn đã được thực hiện bằng cách tăng kích thước bước xuống 0,6mm với cùng các tham số quy trình được sử dụng cho nhiều giai đoạn dẫn đến giảm độ sâu bộ phận cần thiết

- Nghiên cứu sâu hơn về quá trình hình thành gia tăng năm giai đoạn đang được tiến hành

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu công nghệ MSPIF hiện còn rất hạn chế tại nước ta Phần lớn các

nghiên cứu tạo hình tấm không dùng khuôn đã được thực hiện trên công nghệ SPIF và hot SPIF Các nghiên cứu tạo hình tấm đã thực hiện trên vật liệu: thép, hợp kim nhôm, thép không gỉ SUS304, Hợp kim Titan, PVC, Composite, … điển hình như:

Từ năm 2008, nhóm nghiên cứu công nghệ SPIF tại PTN Trọng điểm Quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống, ĐHQG TP.HCM đã thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm trên máy phay CNC Bridgeport với vật liệu hợp kim nhôm A1050-H14 và thép tấm SS330

Từ năm 2010 đến năm 2012, nhóm đã thiết kế và chế tạo được 3 máy chuyên dùng SPIF sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm và sản xuất Đã công bố một số nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng để xác định khả năng tạo hình (góc tạo hình ), độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt dưới ảnh hưởng của các chế độ tạo hình trên vật liệu hợp kim nhôm A1050-H14, thép tấm SS330 và thép không gỉ SUS304 với các mẫu thí nghiệm có dạng côn cung tròn và côn thẳng thông qua các công bố trong và ngoài nước:

Trong những năm 2014, 2016 nhóm cũng đã công bố vài bài báo trên tạp chí quốc tế và tham gia các hội nghị quốc tế để trình bày các nghiên cứu chuyên biệt của mình

Các tác giả trong [9], đã dùng một biện pháp tối ưu hóa các thông số công nghệ để cải thiện khả năng định hình của tấm thép không gỉ SUS 304 bằng công nghệ SPIF Sau khi tối ưu phương trình hồi quy góc biến dạng của inox SUS304 để đạt được bộ thông số tạo hình tối ưu, ta có thể rút ra kết luận:

Đối với thép không gỉ SUS304, cần chọn giá trị nhỏ nhất của tất cả các thông số tạo hình để có được góc biến dạng lớn nhất Do đó, bước tiến thẳng đứng ∆z sau mỗi chu kỳ, đường kính dao D, tốc độ chạy dao vxy và số vòng quay của dao hoặc trục chính n phải càng nhỏ càng tốt Như vậy năng suất khả năng biến dạng cực đại của inox SUS304 sẽ thấp nhất Mặt khác, năng lượng tạo hình cũng thấp và tuổi thọ của máy SPIF sẽ kéo dài

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 6 Trong [10], các tác giả đã ứng dụng Hot Single Point Incremental Forming (HOT SPIF) là công nghệ mới tạo hình tấm kim loại ở nhiệt độ cao, đặc biệt đối với các vật liệu cứng, độ bền cao khó thực hiện ở nhiệt độ thường như Titanium và các vật liệu khác Bài báo trình bày ứng dụng phương pháp mô phỏng xác định khả năng biến dạng của tấm Titan thông qua góc biến dạng αmax của biên dạng bên của mô hình dưới tác dụng của đường kính dao D (mm), bước dao theo phương z VZ (mm), vận tốc chạy dao Vxy (mm/phút), nhiệt độ T(0C) Nội dung của bài báo này bao gồm phân tích ảnh hưởng của 4 tham số trên bằng cách xây dựng mô hình phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để xác định khả năng biến dạng hoặc góc tạo hình bên lớn nhất và so sánh độ chính xác của mô hình FEM với mô hình của mô hình thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của 4 thông số đến khả năng tạo hình của tấm Titanium bằng HOT SPIF Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy đường kính D của dụng cụ và nhiệt độ T của tấm Titan có mối tương quan thuận với khả năng biến dạng (góc ) trong khi đó Độ sâu bước Vz và Tốc độ nạp Vxy của là âm đối với góc Trong thực tế, với mục đích tăng khả năng biến dạng , ta nên sử dụng dao lớn hơn ở nhiệt độ cao nhưng đường kính D của dao không thể tùy ý tăng lên vì kéo theo đó là tăng lực tạo hình và công nghệ SPIF không thể thực hiện bán kính nhỏ của sản phẩm Sự gia tăng nhiệt độ T của tấm bị ảnh hưởng bởi các tính chất cơ học của dụng cụ và nó phải được giới hạn Việc giảm tốc độ nạp và độ sâu bước sẽ dẫn đến giảm năng suất của quy trình Trong tương lai có thể thực hiện mô phỏng trước khi gia công sẽ tiết kiệm chi phí kiểm tra, tiết kiệm thời gian và chi phí gia công

Các tác giả trong [11], đã thực hiện nghiên cứu khả năng định hình của tấm PVC trong công nghệ tạo hình gia tăng điểm đơn (SPIF) Kết luận một điểm cơ bản: Khả năng định hình của tấm PVC tỷ lệ thuận với cả 4 thông số ảnh hưởng đã chọn như bước tiến Δz củng dụng cụ, đường kính của dụng cụ d, vận tốc của dụng cụ v và nhiệt độ T của phôi PVC, do đó để tăng khả năng định hình của tấm PVC ta phải tăng tất cả các thông số này (Δz=1.2mm; d=12mm; v=2500mm/min; T=600C) và 600C là nhiệt độ tối đa mà ta có thể chọn

Trong [12], Các nghiên cứu về lý thuyết và mô phỏng đối với vật liệu composite chưa xây dựng được mô hình phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo hình của các loại vật liệu Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của thông số nhiệt độ đến khả năng tạo hình tấm composite trong phương pháp tạo hình cục bộ liên tục đơn điểm, xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, phân tích với mô hình giả lập, xác định góc biến dạng giới hạn tạo hình theo các nhiệt độ và xây dựng được biểu đồ giới hạn tạo hình vật liệu composite nền nhựa polypropylen (PP) sợi thủy tinh loại E Trong khoảng nhiệt độ 140 đến 1600C, góc tạo hình giới hạn khá tốt (max=75 độ) Vì vậy, kết quả có thể được sử dụng để thực hiện quá trình SPIF cho tấm composite trong khoảng nhiệt độ đó

Tóm lại, qua phân tích tổng quan các công trình nghiên cứu, chúng ta có thể rút ra một số nhận xét sau:

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 7 − Tuy có nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên khả năng tạo hình (góc tạo hình ) và độ nhám bề mặt sản phẩm dạng tấm trong gia công tạo hình MSPIF nhưng các nghiên cứu đều mang tính đơn lẻ, chưa có các nghiên cứu tổng thể cho các nhóm vật liệu

− Các nghiên cứu chưa đánh giá đầy đủ biến dạng đàn hồi và lượng phục hồi sau tạo hình (Springback) trong mối quan hệ với toàn bộ hệ thống công nghệ gồm dụng cụ, tấm và đồ gá

− Chưa thiết lập các công cụ tra cứu chế độ gia công tạo hình SPIF cũng như trong MSPIF theo các thông số đầu ra mong muốn, giúp việc lựa chọn chế độ gia công tạo hình nhanh chóng và hiệu quả, đáp ứng yêu cầu của sản phẩm trong thực tế

− Các nghiên cứu trong nước đã từng bước xây dựng mô hình SPIF bằng lý thuyết và thực nghiệm nhưng số công trình còn ít và chưa khắc phục được các yếu tố ảnh hưởng ngẫu nhiên, nhằm tăng góc tạo hình cũng như chất lượng sản phẩm Công nghệ MSPIF dần dần được ứng dụng rộng rãi Nhược điểm lớn nhất của công nghệ MSPIF là thời gian gia công kéo dài làm ảnh hưởng đến nâng suất Tuy nhiên điều này không ảnh hướng lớn, vì công nghệ SPIF cũng như MSPIF chỉ phù hợp cho gia công các sản phẩm không dùng khuôn với chi phí rẻ, sản phẩm đơn chiếc, dùng tạo mẫu ban đầu, các chi tiết máy thay thế, …

1.3 Tổng quan về vật liệu thép không gỉ

1.3.1 Lịch sử, khái niệm và phân loại thép không gỉ [13], [14], [27] ▪ Lịch sử

Thép không gỉ gắn liền với tên tuổi của một chuyên gia ngành thép người Anh

là ông Harry Brearley Khi vào năm 1913, ông đã sáng chế ra một loại thép

đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao, bằng việc giảm hàm

lượng Carbon xuống và cho Chrom vào trong thành phần thép (0.24% C và

12.8% Cr)

Sau đó hãng thép ThyssenKrupp ở Đức tiếp tục cải tiến loại thép này bằng việc cho thêm nguyên tố Niken vào thép để tăng khả năng chống ăn mòn acid và làm mềm hơn để dễ gia công Trên cơ sở hai phát minh này mà hai loại mác thép 400 và 300 ra đời ngay trước Chiến tranh thế giới lần thứ nhất Sau chiến

tranh, những năm 20 của thế kỷ 20, một chuyên gia ngành thép người Anh là ông W H Hatfield tiếp tục nghiên cứu, phát triển các ý tưởng về thép không gỉ Bằng việc kết hợp các tỉ lệ khác nhau giữa ni ken và crôm trong thành phần thép, ông đã cho ra đời một loại thép không gỉ mới 18/8 với tỉ lệ 8% Ni và 18% Cr, chính là mác thép 304 quen thuộc ngày nay Ông cũng là người phát minh

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 8

ra loại thép 321 bằng cách cho thêm thành phần Titanium vào thép có tỉ lệ 18/8

nói trên

Trải qua gần một thế kỷ ra đời và phát triển, ngày nay thép không gỉ đã được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực dân dụng và công nghiệp với hơn 100 mác thép khác nhau

Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ (inox) được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% Chrom Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác Vật liệu này cũng có thể gọi là

thép chống ăn mòn Thông thường, có nhiều cách khác nhau để ứng dụng inox cho những bề mặt khác nhau để tăng tuổi thọ của vật dụng Trong đời sống,

chúng xuất hiện ở khắp nơi như những lưỡi dao cắt hoặc dây đeo đồng hồ Thép không gỉ có khả năng chống sự oxy hóa và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự

lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng

Khả năng chống lại oxy hóa từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông thường

của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ Chrom có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm

việc khắc nghiệt) Trạng thái bị oxy hóa của crôm thường là Chrom oxide(III) Khi crôm trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một lớp chrom III oxide

rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí nên bảo vệ được lớp thép bên dưới Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu Có

thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại khác như ở nhôm và kẽm

Khi những vật thể làm bằng thép không gỉ được liên kết lại với nhau với lực tác

dụng như bu lông và đinh tán thì lớp oxide của chúng có thể bị bay mất ngay

tại các vị trí mà chúng liên kết với nhau Khi tháo rời chúng ra thì có thể thấy các vị trí đó bị ăn mòn

Niken cũng như mô-lip-đen và vanadi cũng có tính năng oxy hóa chống gỉ

tương tự nhưng không được sử dụng rộng rãi

Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và ni tơ cũng có tính năng oxi hoá

chống gỉ tương tự

Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo

hình của thép không gỉ Mô-lip-đen (Mo) làm cho thép không gỉ có khả năng

chịu ăn mòn cao trong môi trường acid Ni tơ (N) tạo ra sự ổn định cho thép

không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh)

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 9

Sự tham gia khác nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép

không gỉ

▪ Khái niệm về thép không gỉ

Thép không gỉ hay còn gọi là inox (inert oxidized steel-không bị oxy hóa) là loại thép có chứa tối thiểu khoảng 10,5% Crom và các nguyên tố hợp kim khác như: Ni, Mo, Mn, Si… Thép không gỉ có tính chống ăn mòn cao trong các môi trường axit đặc, chịu mài mòn, độ bền cao, chịu nhiệt tốt, không gỉ sét trong nước biển, và không bị oxy hóa ở nhiệt độ cao

▪ Phân loại thép không gỉ

Có bốn loại thép không gỉ chính: Austenitic, Ferritic, Austenitic-Ferritic (Duplex) và Martensitic

Austenitic là loại thép không gỉ thông dụng nhất Thuộc dòng này có thể

kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này có chứa tối thiểu 7% ni ken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn Loại thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác…

Thép có kiểu mạng lập phương tâm mặt nên thép có tính dẻo cao, có khả năng hóa bền biến dạng mạnh Tuy dẻo nhưng lại khó biến dạng nguội (uốn, gò) song lại làm tăng mạnh độ bền, độ cứng cho sản phẩm Thép này có tổ chức một pha nên không thể hóa bền bằng nhiệt luyện Để nâng cao tính chống mài mòn phải làm cho thép có một pha austenit đồng nhất Khi nung lên đến một nhiệt độ nhất định thép này có thể tiết cacbit crom ở biên giới hạt làm tăng nguy

Hình 1 3: Lập phương tâm mặt Austenitic [27]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 10

cơ ăn mòn biên giới hạt Để khắc phục hiện tượng này có thể cho thêm một số nguyên tố tạo cacbit mạnh như Ti hay Nb.

Ferritic là loại thép không gỉ có tính chất cơ lý tương tự thép mềm, nhưng

có khả năng chịu ăn mòn cao hơn thép mềm (thép carbon thấp) Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409 Loại này có chứa khoảng 12% - 17% crôm Loại này, với 12%Cr thường được ứng dụng nhiều trong kiến trúc Loại có chứa khoảng 17%Cr được sử dụng để làm đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà

Austenitic-Ferritic (Duplex) Đây là loại thép có tính chất "ở giữa" loại

Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX Thuộc dòng này có thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA Loại thép duplex có chứa thành phần Ni ít hơn nhiều so với loại Austenitic DUPLEX có đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hoá dầu, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển Trong tình hình giá thép không gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dòng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s…

Hình 1 4: Lập phương tâm khối Ferritic [27]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 11

Martensitic Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu lực và

độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao

Hình 1 6: Lục giác xếp chặt [27]

▪ Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tới tính chất thép không gỉ

Mỗi nguyên tố hợp kim đều có một ảnh hưởng đến tính chất của thép Sự kết hợp giữa các nguyên tố hợp kim có trong thép cũng rất quan trọng Để hiểu được lý do tại sao cùng là thép không gỉ song pha nhưng trong mỗi loại thép khác nhau lại có các thành phần khác nhau và với những thành phần khác nhau sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của các loại thép khác nhau

Các nguyên tố hợp kim đều có tính chất và tác dụng cụ thể đối với tính chất của thép Đó là sự kết hợp của tất cả các yếu tố hợp kim và các nguyên tố tạp chất thì quyết định độ sạch và giá trị của hợp kim đó Hàm lượng của một số nguyên tố cũng quyết định độ cứng của của thép không gỉ

Hình 1 5: Cấu trục tế vi của Duplex [27]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 12

Chromium (Cr): Đây là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong thép không gỉ Nó là nguyên yếu tố đem lại cho thép tính chống gỉ của họ chống ăn mòn cơ bản Khả năng chống ăn mòn tăng lên khi tăng hàm lượng crom Nó cũng tăng khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao Crom làm mở rộng vùng ferrit trên giản đồ pha

Nickel (Ni): Việc bổ sung niken là để mở rộng vùng Austenit Nickel thường

làm tăng độ dẻo dai Nó cũng làm giảm tỷ lệ ăn mòn và do đó thuận lợi trong môi trường axit Trong môi trường có nước thép cứng nickel cũng được sử dụng để tạo thành các hợp chất liên kim được sử dụng để tăng độ bền

Molypden (Mo): Molypden làm tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn chung

và cục bộ Nó làm tăng độ bền cơ học phần nào và mở rộng vùng ferrit mạnh mẽ Nó làm tăng cơ tính và mở rộng vùng a (ferit) trên giản đồ pha Fe – Fe3 Trong thép không gỉ song pha thì molybden thúc đẩy sự hình thành các pha liên kim trong ferit Điều này cũng tồn tại trong thép không gỉ ferit – austenit và thép không gỉ austenit Còn trong thép không gỉ mactenxit thì molypden có tác dụng làm tăng độ cứng của thép, hình thành cacbit khi nhiệt luyện ở nhiệt độ cao Trong thép mactenxit, nó sẽ tăng độ cứng ở nhiệt độ ủ cao hơn do ảnh hưởng của nó lên lượng cacbon

Silic (Si): Silic làm tăng khả năng chống oxy hóa, cả ở nhiệt độ cao và đặc biệt

là ở nhiệt độ thấp hơn Silic mở rộng vùng cấu trúc ferit

Mangan (Mn): Mangan thường được sử dụng trong thép không gỉ để cải thiện

độ dẻo nóng Ảnh hưởng của nó lên ferrite / austenite cân bằng thay đổi theo nhiệt độ: ở nhiệt độ thấp mangan là chất ổn định austenite nhưng ở nhiệt độ cao sẽ ổn định ferrite Mangan làm tăng khả năng hòa tan của nitơ và được sử dụng để thu được hàm lượng nitơ cao trong thép Austenit

Cacbon (C): Cacbon cũng làm tăng đáng kể độ bền cơ học Cacbon làm giảm

khả năng chống ăn mòn giữa các hạt Trong thép không gỉ Ferit sẽ làm giảm mạnh cả độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn Trong thép mactenxit và mactenxit-austenit, cacbon làm tăng độ cứng và độ bền Trong thép mactenxit tăng độ cứng, độ bền nói chung và cacbon làm giảm độ dẻo dai của các loại thép này

Nitơ (N): Nitơ là một nguyên tố làm thúc đẩy mạnh cấu trúc austenit Nó cũng

làm tăng đáng kể cơ tính Nitơ làm tăng khả năng chống ăn mòn cục bộ, đặc biệt là khi kết hợp với molypden Trong thép không gỉ ferit, nitơ sẽ giảm mạnh tính dẻo dai và khả năng chống ăn mòn Trong thép không gỉ mactenxit và thép mactenxit-austenit, nitơ tăng cả độ cứng và độ bền nhưng làm giảm độ dẻo dai

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 13

Lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh luôn luôn có trong thép không gỉ làm tăng khả năng

gia công Ở trong thép không gỉ với hàm lượng lưu huỳnh nhỏ, lưu huỳnh sẽ làm giảm tính chống ăn mòn, độ dẻo dai và các thuộc tính chế tạo như là hàn

- Chống chịu ăn mòn cao hơn

- Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn

- Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit)

Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác

Bảng 1 1: Tính chất so sánh của họ thép không gỉ

Nhóm hợp kim Từ tính 1Tốc độ hoá bền rèn

Chịu ăn mòn 2

Khả năng hoá bền

Austenit Không Rất cao Cao Rèn nguội Duplex Có Trung bình Rất cao Không Ferrit Có Trung bình Trung bình Không Martensit Có Trung bình Trung bình Tôi và Ram Hoá bền tiết pha Có Trung bình Trung bình Hoá già

(1) - Sức hút của nam châm đối với thép Chú ý, một số mác thép bị nam châm hút khi đã qua rèn nguội

(2) - Biến động đáng kể giữa các mác thép trong mỗi nhóm, ví dụ, các mác không gia được có tính chịu ăn mòn thấp hơn, và khi có Mo cao hơn sẽ có tính kháng cao hơn

Bảng 1.1 Tính chất so sánh của họ thép không gỉ

Nhóm hợp kim Từ tính 1Tốc độ hoá bền rèn

Chịu ăn mòn 2

Khả năng hoá bền

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 14

- Công nghệ biển và đóng tàu

- Ứng dụng xây dựng nhà máy hóa chất, dụng cụ đựng hóa chất

1.3.2 Thép không gỉ 304 (SUS304) [15]

SUS304 là đại diện cho thép không gỉ Austenit hay còn gọi là Inox 304, là loại inox được sử dụng phổ biến SUS304 chứa 18%Cr và 8% Niken Do đó loại thép không gỉ này có khả năng chóng ăn mòn, chóng gỉ rất tốt, cấu trúc austenit cũng mang lại cho các lớp này độ dẻo dai tuyệt vời, thậm chí xuống nhiệt độ đông lạnh, …

▪ Thuộc tính chính

Các đặc tính này được chỉ định cho sản phẩm cán phẳng (tấm, lá và cuộn) trong tiêu chuẩn ASTM A240/A240M Các thuộc tính tương tự nhưng không nhất thiết phải giống hệt nhau được chỉ định cho các sản phẩm khác như ống và thanh trong thông số kỹ thuật tương ứng của chúng

Bảng 1 2: Cơ tính so sánh của họ thép không gỉ

Nhóm hợp kim Tính dẻo Làm việc ở nhiệt độ cao

Hoá bền tiết pha Trung bình Thấp Thấp Cao

(3) - Đo bằng độ dẻo dai hoặc độ dẻo ở gần 0 °C Thép không gỉ Austenit giữ được độ dẻo ở nhiệt độ thấp

Bảng 1.2 Cơ tính so sánh của họ thép không gỉ

Nhóm hợp kim Tính dẻo Làm việc ở nhiệt độ cao

Hoá bền tiết pha Trung bình Thấp Thấp Cao

(3) - Đo bằng độ dẻo dai hoặc độ dẻo ở gần 0 °C Thép không gỉ Austenit giữ được độ dẻo ở nhiệt độ thấp

Bảng 1.2 Cơ tính so sánh của họ thép không gỉ

Nhóm hợp kim Tính dẻo Làm việc ở nhiệt độ cao

Làm việc

ở nhiệt độ thấp3Tính hàn

Austenit Rất cao Rất cao Rất tốt Rất cao Duplex Trung bình Thấp Trung bình Cao

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 15

Bảng 1 4: Cơ tính của inox 304

Bảng 1 5: Tính chất cơ lý của inox 304 ở điều kiện ủ [15]

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 16

▪ Chống ăn mòn

Chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khí quyển và nhiều phương tiện ăn mòn Có thể bị rỗ và ăn mòn kẽ hở trong môi trường clorua ấm và bị nứt do ăn mòn ứng suất trên khoảng 60°C Được coi là có khả năng chống nước uống được với khoảng 200mg/L Clorur ở nhiệt độ môi trường, giảm xuống còn khoảng 150mg/L ở 60°C

▪ Khả năng chịu nhiệt

Khả năng chống oxy hóa tốt từ 870°C đến 925°C Không nên sử dụng liên tục 304 trong phạm vi 425-860°C nếu khả năng chống ăn mòn của nước tiếp theo là quan trọng Lớp 304L có khả năng chống kết tủa Carbour cao hơn và có thể được nung nóng trong phạm vi nhiệt độ trên Lớp 304H có độ bền cao hơn ở nhiệt độ cao nên thường được sử dụng cho các ứng dụng kết cấu và áp suất ở nhiệt độ trên khoảng 500°C và lên đến khoảng 800° C 304H sẽ trở nên nhạy cảm trong khoảng nhiệt độ 425-860°C; đây không phải là vấn đề đối với các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn

1.3.3 Ứng dụng của SUS304

Thép SUS304 đại diện cho các loại thép không gỉ rất phổ biến hiện nay do tính dẻo, dể biến dạng và không bị oxy hóa, chịu nhiệt tốt Nên các ứng dụng điển hình bao gồm:

▪ Thiết bị chế biến thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất bia, chế biến sữa & rượu,

▪ Bàn bếp, chậu rửa, máng ăn, thiết bị và dụng cụ, ▪ Tấm kiến trúc, lan can & trang trí,

▪ Thùng chứa hóa chất, bao gồm cả vận chuyển, ▪ Vỏ cabin thang máy,

▪ Các sản phẩm trang trí nội thất,

Bảng 1 6: Quy cách mác inox 304

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 17 ▪ Các sản phẩm trong công nghiệp ô tô,

▪ Dụng cụ - thiết bị y tế,

▪ Bộ trao đổi nhiệt,

▪ Màn hình dệt hoặc hàn để khai thác, khai thác đá & lọc nước, ▪ …

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Tạo hình cục bộ liên tục nhiều giai đoạn Multistage Single Point Incremental Forming (MSPIF) là một quy trình sản xuất hiện đại cho phép sản xuất số lượng nhỏ các bộ phận dạng tấm phức tạp không dùng khuôn Luận văn này tập trung vào khảo sát khả năng tạo hình của công nghệ MSPIF trên thép tấm không gỉ SUS304 bao gồm phân tích và đánh giá một cách khách quan về nguyên lý tạo hình MSPIF bằng phương pháp mô phỏng, quy hoạch kết quả mô phỏng và chọn bộ thông số ảnh hưởng lớn nhất để chạy thực nghiệm nhằm đối chứng kết quả chạy trên mô phỏng Các yếu tố đầu ra là khả năng tạo hình (góc tạo hình )

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ tạo hình biến dạng cục bộ liên tục bằng MSPIF với khả năng tạo hình (góc tạo hình ) tạo hình trên thép không gỉ SUS304 bằng phương pháp mô phỏng số và thiết lập phương trình hồi quy, tối ưu các thông số công nghệ theo hàm mục tiêu là khả năng tạo hình của MSPIF theo các thông số công nghệ như:  giữa các giai đoạn, bước xuống z, tốc độ tiến dụng cụ Vxy, đường kính dụng cụ D, số vòng quay

n của dụng cụ Sau đó chạy thực nghiệm với cùng thông số để kiểm chứng kết

quả

1.5.2 Nội dung nghiên cứu

Sử dụng phương pháp mô phỏng số với phần mềm ABAQUS xác định góc tạo hình ban đầu 0 bằng công nghệ SPIF trên mẫu côn cong Sau đó xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ như:  giữa các giai đoạn, bước xuống z, tốc độ tiến dụng cụ Vxy, đường kính dụng cụ D, số vòng quay n của dụng cụ làm thông số đầu vào cho công nghệ tạo hình biến dạng cục bộ liên tục nhiều giai đoạn MSPIF để xác định khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trên vật liệu tấm SUS304

Qui hoạch các kết quả mô phỏng số, thiết lập phương trình hồi quy, xác định các thông số công nghệ theo hàm mục tiêu là các thông số đầu ra mong

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 18 muốn, từ đó rút ra kết luận về việc chọn bộ thông số công nghệ tạo hình MSPIF tối ưu cho vật liệu tấm SUS304 đồng thời so sánh kết quả với SPIF cổ điển trong cùng điều kiện tạo hình

Chạy thực nghiệm với bộ thông số ảnh hưởng lớn để kiểm chứng kết quả chạy mô phỏng

1.5.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khả năng tạo hình (góc tạo hình ) của thép không gỉ SUS304 bằng mô phỏng trên phần mềm ABAQUS, sau đó chạy thực nghiệm trên thép không gỉ SUS304 thông dụng có trên thị trường

Giới hạn phạm vi nghiên cứu: đầu dụng cụ hình cầu, vật liệu tấm được kéo theo 3 phương để lấy giá trị trung bình, bề dầy tấm, hệ số ma sát được xem như đồng đều và được bôi trơn tốt (do dụng cụ luôn ở vị trí thấp nhất nơi tồn đọng chất bôi trơn), nhiệt độ trong phạm vi cho phép (ảnh hưởng không đáng kể lên các thông số đầu ra)

1.6 Phương pháp nghiên cứu

▪ Lý thuyết dẻo Ludwik [16] được dùng làm cơ sở cho biến dạng SPIF và cơ sở lý thuyết SPIF [4], [19]

▪ Sử dụng phầm mềm CAD-CAM chuyên dùng để thiết kế mô hình và xuất mã G-code và sử dụng phần mềm Matlab để xuất ra mã G-code làm dữ liệu đầu vào cho phần mềm Abacus trước khi mô phỏng

▪ Phần mềm ABAQUS được sử dụng để thực hiện mô phỏng số quá trình tạo hình SPIF, xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trong MSPIF

▪ Quy hoạch các kết quả mô phỏng số bằng tính toán và bằng phần mềm Minitab để thiết lập phương trình hồi quy, tối ưu hóa các thông số công nghệ theo hàm mục tiêu là khả năng tạo hình và thời gian tạo hình

HVTH: Hồ Hữu Hân Trang 19

TÓM TẮT CHƯƠNG 1

Trong chương đầu tiên luận văn đã trình bày:

▪ Công nghệ tạo hình tấm không dùng khuôn ISF ▪ Nhu cầu và sự ra đời của công nghệ MSPIF

▪ Tình hình nghiên cứu MSPIF trên thế giới và trong nước

Sau khi khảo sát các công trình nghiên cứu MSPIF trên nền tảng công nghệ SPIF đã thực hiện trong những năm gần đây, luận văn tập trung nghiên cứu lựa chọn, điều khiển một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến hàm mục tiêu góc tạo hình α (là góc hợp bởi tiếp tuyến của bề mặt tạo hình và phương ngang) Sau cùng, việc chọn vật liệu trong tạo hình mẫu bằng công nghệ MSPIF, mà luận văn sử dụng trong mô phỏng cũng như thực nghiệm được lựa chọn dựa vào vật liệu tấm hiện được dùng phổ biến trong kỹ nghệ trong nước cũng như quốc tế:

▪ Tổng quan về thép không gỉ, đại diện là thép SUS304 (tiêu chuẩn JIS) đại diện cho các loại thép không gỉ rất phổ biến trong sản xuất: dụng cụ gia đình, vỏ cabin thang máy, vỏ máy, thiết bị thực phẩm… hiện nay do tính dẻo, dể biến dạng và không bị oxy hóa