Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu mô phỏng quá trình tạo hình vật liệu bằng công nghệ Hot SPIE

thang, năm sinh: 25/10/1993 Noi sinh: Thai Binh Chuyén nganh: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số : 60520103TEN DE TÀI: Nghiên cứu mô phỏng quá trình tao hình vật liệu bang công nghệ HOT SPIFNHIEM VỤ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGHIÊN CỨU MÔ PHONGQUÁ TRÌNH TẠO HÌNH VẬT LIỆU

BẰNG CÔNG NGHỆ HOT SPIFChuyên nghành: Kỹ Thuật Cơ Khí

Mã ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, THANG 6 NĂM 2017

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCMCán bộ hướng dẫn khoa hỌC : c- s11 1195 E195 1195 113 g1 H11 ng ưng cưng ke

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

(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

Tp HCM, ngay tháng năm 20

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên học viên: Trần Trọng Hỷ MSHV: 1570812

Ngày thang, năm sinh: 25/10/1993 Noi sinh: Thai Binh

Chuyén nganh: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số : 60520103TEN DE TÀI:

Nghiên cứu mô phỏng quá trình tao hình vật liệu bang công nghệ HOT SPIFNHIEM VỤ VA NOI DUNG:

e Tổng quan và lich sử phat triển của phương pháp biến dang cụ bộ (SPIF).e Tổng quan về vật liệu sử dung trong công nghệ HOT SPIF

e_ Mô phỏng quá trình biến dạng trên phan mềm Abaqus.° Ảnh hưởng của các thông số công nghệ ảnh hưởng đến khả năng tạo hình

; băng mô phỏng.

NGAY GIAO NHIEM VU : 16/1/2017

NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 18/6/2017CÁN BO HUONG DAN: GS.TS Nguyễn Thanh NamNoi dung va dé cương Luan van thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông

qua

CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

GS.TS Nguyễn Thanh Nam

TRƯỞNG KHOA

thực hiện luận văn này.

Em xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn GS.TS NguyễnThanh Nam đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em

hoàn thành luận văn này.Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn chân thành đên:

Trường Dai Học Bách Khoa TP H6 Chí MinhKhoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Tp Hỗ Chí Minh

Phòng Quản lý Khoa học Sau Đại học Trường Đại học Bách khoaTp Hồ Chí Minh

Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiến số và Kỹ thuật hệ thông đã

tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thờigian nghiên cứu thực hiện đề tài;

Thay ThS Nguyén Tan Hung người đã hỗ trợ, giúp đỡ và cung cấp

mộ số tài liệu có liên quan đến đề tài.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 chếnên chắc chan không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thay, cô đóng gópý kiến để em hoàn thiện hơn

Học viên

Trần Trọng Hỷ

Hot single point incremental forming (HOT SPIF) là công nghệ mới để taohình các loại vật liệu tâm ở nhiệt độ cao, đặc biệt là các loại vật liệu có trở lực biếndạng cao mà các phương pháp gia công ở nhiệt độ thường khó thực hiện được, phốbiến hiện nay là Titan.

Nghiên cứu nay trình bày phương pháp mô phỏng dé xác định kha năng biếndạng của vật liệu ở nhiệt độ cao, trong đó ảnh hưởng của các thông số đường kínhdụng cụ D(mm), bước tiễn theo phương z cua dụng cụ Az(mm), tốc độ chạy dụngcụ Vxy(mm/phut), nhiệt độ TỚC) đến góc tạo hình max

Quá trình phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ được tiến hànhbăng việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, phân tích mô hình, xác định góc biến

dạng giới hạn và so sánh độ chính xác của mồ hình FEM với mô hình CAD.

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp các chế độ gia công tạo hình cho quá trìnhHOT SPIF trên tâm titan dé đạt được góc tạo hình phù hợp nhất

ABSTRACT

Hot single point incremental forming (HOT SPIF) is a new technology forshaping sheet materials at high temperatures, especially high deformation hindrancematerials that are difficult to process at normal temperatures, in which popularcurrently is Titan.

This study presents a simulation method to determine the deformability ofmaterials at high temperatures, in which the influence of tool diameter D (mm),Step in the direction z of the tool Z (mm), the velocity of the tool V,, (mm / min),

the temperature T (°C) to the angle of shaping Omax is the main content of the the

study.

The process of analyzing the influence of technological parameters is carriedout by building finite element modeling, analyzing model, determining limitingangle of shaping and comparison the accuracy of FEM model with CAD model.

The study results will provide the machining mode of HOT SPIF on thetitanium plate to achieve the most suitable angle of shaping.

LỜI CAM ĐOAN

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 saochép từ bat kỳ một nguồn nào và dưới bat kỳ hình thức nào.Việc tham khảo cácnguôn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo

đúng quy định.

Tác giả luận văn

Trần Trọng Hỷ

Chương 1 TONG QUAN CHUNG VE LĨNH VỰC NGHIÊN CỨCU 11.1 Giới thiệu về công nghệ tạo hình cục bộ liên tục (Incremental Sheet

Forming 0018700777 l[.1.1 MG tả SG nọ |

1.1.2 Các bước trong quy trình gia công bang phương pháp ISE 2

1.1.3 Phân loại ISTE - << << c1 1311011110100 111111 11 11v nen 31.1.4 Phần biệt khả năng của SPIF và TPIIE 5< << + essesssees 4

1.1.5 Kha năng biến dang của SPIF và góc biến dạng - - - +: 41.1.7 Các yếu tô công nghệ ảnh hưởng khả năng tạo hình SPIF 5

1.1.8 Công nghệ SPIF ở nhiét dO Ca0 c S S111 1 1 xx2 61.2 Tình hình nghiÊn CỨU - .- G G0001 990101 ng kg 61.2.1 Tinh hình nghiên cứu ngoài nƯỚC << sssssseke 61.2.2 Nghiên cứu trong nƯỚC - - << 100g ngờ 13

1.3 Tính cấp thiết của dé tài 5-5562 t2 S1 1 1 151111110111 1111111111 cty 181.4 Muc dich, déi tượng, nhiệm vu và phạm vi nghiên cứu 20

1.4.1Mục dich - -c TH HH nọ HH ng 20

1.4.2 Đối tượng - <1 1515115111111 1101111111111 11 71001 1y 20

1.4.3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiÊn CỨU 5555222333 sss2 20

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiỄn - 2-5-6 S2 2 E23 3E EE2EEEEEErrrrees 21CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUY ÉƑT 5-5 sessesesesesesesesesesessee 212.1 Lý thuyết biến dạng trong SÌPÏF - ¿+2 + 2 2 +E+E£E+ESEEErErkerrrerees 212.1.1 Cơ chế biến dang d60 w cececccccscscscsscscscssssescscsessesescssssssssessssssssseseeseess 21

2.2 Mô hình rạn nứt kim loại trong quá trình SPIE «<< <<<<<<<<s25

2.2.1 Vai trò của ứng suất khối trong phá huỷ kỹ thuật 252.2.2 Tiêu chuẩn ran nứt cho kim loại tắm . c6 se £eEsesxsxe 26

2.2.3 Ran nứt và phá huỷ cho kim loại dẻo trong ABAQUAS 272.2.4 Vật liệu và nhiệt độ trong ABAQUAS Sàn 28

2.3 Tổng quan về mô phỏng SỐ ¿-¿- 2 2 2E E+E+E2EE£E£E£E+E£EEE£E£EeEreereei 292.3.1 Mô phỏng số cho kim loại tam - ¿+5 52 252 2s+E+E+£z£rerereee 29

2.3.2 Mô hình hoá mô phỏng $6 + 2 25 2 S2 £2£E£E+E+£££££E£EzEscxe 302.4 Lý thuyết phần tử hữu hạn (PTTHH) - ¿22 + 2 2££+s+£z£zzersrereee 34

2.4.1 Phương pháp tích phân tường minh (Explicit) - 35

2.4.2 Ôn định của tích phân tường minh - + 2 2 2522s+£+££z£szxzs+ẻ 352.4.3 Phương pháp tích phân ấn (Implicit) -5- 55552 <scs+scseẻ 362.4.4 Ôn định của tích phân ấn - - + 25222 3+ E232 EErkrkrrrree 372.5 Giới thiêu về ABAQUS c3 1 1121215111111 1101 0111111 erkg 38Chuong3 TONG QUAN VE VAT LIEU TITAN 2-5- <5 <<<e<es42

3.1 Nguyên tắc thiết lập chế độ tạo hình và điều khiến tinh năng cho vật liệu

sử dụng trong công nghệ HOT SPIE - - - Ăn 1 re, 423.2 Titan và hợp kim cua titan - - << S S00 ng, 43

3.2.1 Ứng dụng của titann ¿c5 SE S1 3 1 E2 1211111511111 11111 1111k 433.2.2 Một số đặc tính của titan ¿- 55c 22t t3 2E kerrrrrererred 45

2.2.3 Hợp kim tIẨa1I (<< 0n vn 46

Chương 4 MO PHONG QUÁ TRÌNH SPIF VỚI ABAQUS 584.1 Thông số mô phỏng - + 2 2+2 E 2 SE EE£E£E£E£EEEE£E£EEeESEEErErErrrreei 58

4.2 Mô Hình CAD - 6-52 1 SE 1511 321515111111 111111 1115111115111 11x cx 644.3.2 Chương trình ÌNC <5 SE 3 15 12121511 1111511 1115111111111 te 66

4.3.3 Các bước xuất toolpath trong Creo 3.0 viccccccecsceesssesesessscsseseeeseees 674.3.4 Xử lý dữ liệu các điểm chạy dao bang Excel -5-5 55+: 7I

4.4 Mô hình phân tích -¿- - + 2E SE E9 5 1215111111115 11 111111 cxe, 72

4.4.1 Hình dạng chỉ tiết khảo sát 5-5-5 25255 E2 2E£E£E£E+ESErErkrerrrree 72

4.4.2 Mô hình FEMM - + 2E SE SE£E9EEEEEE5 1211152111515 1151111 Ex xe, 724.5 Các bước thực hiện mô phỏng với Abaqus - << «<< +sesss73

4.5.1 Tạo chỉ tiết cho mô hình: - -G- + E2 kSxEsE9E9E2E SE EsEeEeEeEverevexei 744.5.2 Tao vật liệu chi tiết mô phỏng - ¿+55 2 252 £2+E+E+£z£rerereee 80

4.5.3 Xác định và gan các đặc tính bộ phận - - - - -<<<<<ssss2 82

4.5.4 Lắp ráp mô hình w.cccccccccccscsesscscscscsscscscssscssesesescssssssesesesssssseseseess 844.5.5 Cầu hình phân tích ¿ - - + 25655 2E+E2EEEE£E£E+EEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 854.5.6 Đặt điều kiện biên lên mô hình ¿+ +2 +s£+E+E+e£+E+E+e£eEzeserssd 88

4.5.9 Tạo và xác nhận một bước phân tích - - + «<< ss+2 101

4.5.10 Xem kết quả phân tích . - - + 2 2 55+S+E+£££E£E+E+EzEzrerxrerereee 1034.6 Kết quả mô phỏng - ¿+ + 52+ E‡E+E£EEEE2E£E#EEEEEEEEEEEE15E5E5 2311 1074.7 Phân tích kết quả mô phỏng, thiết lập phương trình hồi quy 1424.7.1 Mã hoá các thông số ảnh hưởng - - 2 2555s+s+£+£z£s+szc+ẻ 1424.7.2 Tính toán thiết lập phương trình hồi quy góc tạo hình 1444.7.3 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm -. - +: 146Chương 5: KET LUẬN VÀ HUONG PHÁT TRIÊN - 1545.1 KẾT luận G11 TS 111 11T 11g TT TT TH ng ưu 1545.2 Hướng phát trién của dé tài + ¿+ + 2+2 SE2E£ESEEEEEEEEEEeErkrkrkrkrree 154

DANH SÁCH HÌNH ANH

Hnhl] Nguy m_ ISF 2 QQQQQQHT TS nnnHng x vkkkknrre 1FT rh 12 Quy tr ,.0À0 0 - = 278 0Ắ ®ẽuzn ằ 3H nh 1.4 TPIF.a)Trudc gia công, b) DANG BIA CÔN << << <5 xe+ss 4Hnh 1.6 Thi tb gia nhỉ tc a Ambrogio a)M6 hnh CAD b)Mô h nh th c SHnh 1.7 Nghỉ nC UC A David Ảđ@HS ò << S113 EEeeessesss 9Hnh IS HH th ng gia nhỉ tb ngd nem t Chỉ lỊ eeeeSSS<SS2 10FT rh l9 Th nghỉ 1 C FQH SG SG S9 111111111 veerrre 11H nh 1.10 Gia nhỉ t b ng Lazer C A DOf OU <3 eesss 11nh 111K tqu nghỉ nc UC A DO OU àààĂSSSSSeeesss 12nh 1.12 Thi tb gia nhỉ tC L.Q ŒOS << eessss 12A) Mô hh nh CAD b) Mô h nh th € Í, eeĂĂĂĂSSEttteeseseesssss 12Hnhl.13.M ts s nph mA1050-H14gia công b ng thongs t iuu 16 13a)B tr th nghỉ m b) K Cu viccccecccccccccccccceessssssssssccceeecceeeesssssssssneeeeeeseeeseeeeeees 14Hinh 1.15, ned ng ISF VàO th CÍ[ ĂìĂẰĂẰẰSĂSĂ Ăn etteeeeres 14A) Môhnh(A4D ) Š HD Im ĂĂĂẶĂẶS Ăn 14Hhnh l]l6 Biìu giớih nt ohnhc qcomposien nPP s ith y tỉnh F 15FH nh 1.17 Vat i u tr CSU rong máy DAY 7Ổ7 « ccceeeess 18H nh 1.18 Xương ng c và xương sọ 1 c AMD nợ tHÍGH 19FT nh 2.1 Trư t Bi A CACM Í FỈHH Ï ĂĂĂẰẶ SG eeeeeeeres 22Hnh2.2.D b ntrongh í (2) và phán giới Nt (ÌÏ) - «<< eessss 23

Hnh 23 Quanh ng suất và nhỉ! c KIM 0O i 24Hnh 2.4: ngsuấtkh ¡isovới ¡ ư ng bỉ nd ng e 26H nh 2.5 Khuôn mẫu chung cho mô h nhr nn t và phá luỷ -5c5a 28

Hnh2.6:S iuph thu cvanhit trong ABAQUS 2 29H nh 2.7 Hnhd ng cho mô phỏng FEM c a quả tr nh SPIP vo cccccccccccceeeeeeeeseeeeees 3]Hnh 26 Ti pxuc gi ad NEC và Chỉ fÌ t BS eeeĂĂĂĂeSsscsa 33Hnh 210 Mô hnhth ct và mô h nh mô phỏng tr n ABAQUS 4]HT nh 3.1 May bay Airbus A380 dungh pkimce atitan àm vỏ và NE cơ 44

Hình 3.3 L c giác X Ph t Tig | 2Š]! SG S9 111v ve rrrra 46Hình 3.4 Lap phương tâm Kh 1 Tip[ 2G|} 5-5555 = SE SESsEsskksekrssees 46Hình 3.5 Gin tr ng thái phân lo th p Kim FHÍGH eeecsssS2 50Hình 3.6 Gin — tr ng thái TI-Al[jÓÏ ĂĂĂẶẶSS SA ko 20Hình 37ŒIn tr ng thaih p kim Ti-Al-V va gi n tr ng thái Ti6Al — V[46]53

Hình 38Sơ phasửdng d oảántốch c t wckhibind ng dẻo hay xử

Lý ADL Ắ 0Q HH 55

Hình 3.10 Anhhwongc anhit trénl cbỉ nd ngc ah p kim titan 57Hnh 4.1 ng suatch yc a Titanium theo nhỉ t Ắ 59

Hnh4.2.Moduus anh ic am †s lo tvát Ii u [33] 60

H nh 44 Bi u ng suất bind ngc atitaniumotc bind ng khác nhau:

(A) 0.001 mm/s; (D) Ö.Ï MIMS [BO] , - - 555cc 1011813331111 1 1135 111 1v vớ 61Hnh 4.5 Bind ng Chỉ H tkh O SAt 3) iccccccccccccccccccsssssssscccceeecceeeessssssssssceeeeeeeees 62H nh 46 K ch thước C A M6 h nh ( /|ÌÔ ch 64Hnh 4.7 M6hnh CAD t öo mô hình ( ẢÀÍ SSSSSSSS+ses ó5

Hnh 48 Hai o ¡ tường ch y dao a) Đường bậc thang b) Đường xoắn c ó5

Hnh49 Đường ch y dao C A CT€O 3 .ĂĂĂS S111 99 11 1 11 EEeeeeserrs 66

H nh 4.10 Đường ch y dao th cnghi m a) Đường bậc thang b) Đường xoắn c

1 67

Hnh 4.11 Mô h nh côn cong tr cthi tk tr n phân m m Creo 3.0 68

Hnh 4.12 Khai bảo các thông s CONG HgÏ]I e << << s+++s ó9

Hình 4.14 Lập trình quỹ d o chung cho d ngc_ t o hình trên phan mém Creo 3.0

1 70Hnh41]lŠ5 Xứ — oc các to theo thời SIAN, 1 vireeeees 72FH nh 4.16 Mô h nhth CC A SPÏ SG re 73Hnh 4.17 M6 h nh toán C A SP HH SG nen 73FT rh 4.18 Giao di ' ADAGUS 2 Ï7 ccc c 333338811111 1895531111111 keeeerrs 74FT nh 4.19 HH p tho i Create PArte.cccccccccccccscccccccccccceeessssssssscceeeseseeeeeesssssssssaaaaaeeeeees 75

H nh 4.20 H pcôngc vẽ phác và khung tưới trong ch vẽ phác - 76FT rh 4.21, Hl VUÔHĐ HC VẼ VĂĂĂ SG S111 11 veeeeres 77

Hnh 422 Hnh d ng 3Dc a tấm cân mô PHONG - + c5 Set + +t+k+teeeeseseee 78H nh 4.23 Ð nh nghĩa cho d ng C và lắm _ -e-e-cce¿ 79

FT nh 4.25 D eC và ¡ m tham Chỉ 1d ằằĂẰ SG eeeesseess 79

Hnh 4.26 M t Sketch C qtấm cccccccce SOH nh 4.27 Tam và ¡ m tham Chỉ Useececsceccecsssecscssessssssssssssssesssssesssssesssssscssssseees SO

FT nh 4.28 H p tho i Create Mater ic Ă 551113 EEEEeteeeeess 6ÏHnh 429 H p tho i Create S©CÍÍOH ccG SG SE 913111 9993111 11 11 EEeeeeeeres 83

H nh 4.30 Lắp rdpv tr c atamvad ngc tiv tr du theo fi e NC 65Hnh 431.T ocácmt dễ dàng gan i u ki n bỉ n le)

Hnh432 H ptho i Create Fie d ĂĂĂS S111 veeeeees ŠZ

H nh 4.33 Chọn các bi n cân thi t XHỐTFd ccccccerceccec, 66H nh 4.34.M tsế tư cc AME nIấm ee55552 89

H nh 4.35 H ptho ¡cho phép h nch các bậc f đO -s- 59H nh 436 Cóc bác t dob Wh HCỈ Ă cv v2 ke 90H nh 4.37.T om t Amp itudes gan iuki ndichuy n cho d ng 9]Hf nh 4.40 H p tho icho phép chon i u kỉ n đi chuy n cho d QC 93Hnh 4.41, Chon thu Ct nh ti D XÚC ti D tuy Neicccccccccccccssssscccccccccceecceseesssssssssseeeeees 94

H nh 4.42 Chon ti pxtic gi am ttGm và m tA NGC ee 95H nh 4.43 Gan ràng bu c ti p xúc gi a tắm và d ngc từ thu ctnhti pxúc ã

Hnh 444 H ptho i Mesh Contr SG S99 11111 veeeeeeres 98Hnh 445 H ptho TE ement ÏVD© c1 1v eerrre 99H nh 4.46 ABAQUS/CAEt ngt OTA CAC T m f1 kỉ m 100

H nh 4.47 Chọnc nh chiab dài Atm ceccccccccscsccscscsscsesscsesscsssscsssscscsscsesecees 100H nh 4.48 Chia b day tam dim ba phan chia ưới 101H nh 4.49 ABAQUS/CAE tỉ n hành chia tưới lẤM c5 se+t+eeseseseee 101

Hnh450.Chọns b xứ c a máy t nh cho vì c phán tích 102Hnh 4.51 H ptho 1 JOD ÀÍQHQĐ@F GGGG G3991 1199931111111 xs 103

Hnh4354 Bi tu UONG HC VỚI MZ SHẤT, Ă Set EkStEEEEeEerererereeo 106Hnh 455 V tr tấm b rách trường h p Ì ccrrrrrkrkekekeeeesesree 107Hnh 456 M tcắtc atấm b rách trường h p Ï ccccSeseseeseseseee 107H nh 4.57 Chọn giá tr bỉ n cân hỉ n ẨH c«cccrrrEEEkskekekekeeeesree 108Hnh 4.58 ng suat ov tr tam b rách trường h p Ì ccccscscee 109

H nh 4.59 Tra b ng exe bi tv tr chỉ usdut iv tr b rách cho truongh pl— 109

Hnh 460 V tr tấm b rách trường h pp 2 ccccccrckekkErrkrkekrkekeeresree 110Hình 4.61.M tcắtc atdmb rách trường lh p 2 ccccceseseesesesree 110Hnh 462 ngsuátởv tr tắm b rách trường h p2 cccccsescee 111

H nh 4.63 Tra b ng exe bi tv tr chỉ u sâu Í iv tr b rách cho trường h p 2— 1/1

H nh 464 V tr tấm b rách trường h p cccrrrrrkrkekekekeeeesree 112H nh 4.65 M tcắtc a tam b rách trường lh p 3 vccccssscscscssssesssstssssetststssessvees 112

H nh 4.67 Tra b ng exe bityv tr chi usdut iv tr b rach cho trường h p 3— 113

Hnh 468 V tr tấm b rách trường h p 4 cccccrereEerErkrkekrkekeeresree 114Hnh 4.70 ng sudt ov tr tam b rách trường h p 4 cccccseseee 115

H nh 4.71 Tra b ng exe bityv tr chi usdut iv tr b rách cho trường h p 4— 115

H nh 472 V tr tấm b rách trường h p Š ccccrcrereErkrkrkekrkekeeeesree 116Hnh 474 ng sudt ov tr tam b rách trường h p Š e-cccccseseee 117

Hf nh 4.75 Tra b ng exe bityv tr chi usdut iv tr b rách cho trường h p5— 117

H nh 476 V tr tấm b rách trường h D O cccecccceccsecsvsssssssssessessscscsveveencscasasavevavens 118Hnh 4.78 ng sudt ov tr tâm b rách trường h pỐ cccccscscee 119

H nh 4.79 Tra b ng exe bityv tr Chỉ usdut iv tr b rach cho trường h p6

Hnh 480 V tr tấm b rách trường h pp 7 ccccrereEeEEEErrkrkekekeeeeeesree 120Hnh 481 M tcắtc atấm b rách trường lh p 7 SeScccceSstsekeesesree 120Hnh 482 ngsuátởv tr tắm b rách trường h p 7 cccccscseseee 121

H nh 4.83 Tra b ng exe bi tv tr chỉ usdut iv tr b rách cho trường h p 7— 121

H nh 484 V tr tam b rách trường h p 8 viccccccccsccevsssssssssssesscssscsssvsvevencscsssavevavens 122Hnh 4.86 ng suat ov tr tam b rách trường h pŠ -ccccscscee 123

H nh 4.87 Tra b ng exe bi tv tr chỉ u sâu Í iv tr b rách cho truongh ps— 123

H nh 488 V tr tấm b rách trường h p Ô cccckekeEkEEEErkrkekekekeeeesree 124Hnh 490 ng sudt ov tr tắm b rách trường h p Ô cccscseseseseee 125H nh 492 V tr tấm b rách trường h p I( cscccrrcrkrkekseeeeesesree 126Hnh 4.94 ngsuátởv tr tắm b rách trường h p I0 -.-ecscscs: 127

Hnh 4.95 Trab ngexe bị tV tr chi usdut iv tr b rách cho trường h p 10— 127

Hnh 496 V tr tấm b rách trường h p lÌ cccrercrerrkrkekekeeeesesree 128Hnh 4.98 ngsuátởv tr tamb rách trường h p lÌ cccscscee 129

Hnh 4.99 Trab ngexe bityv tr chi usdut iv tr b rách cho truongh p l/l— 129

H nh 4.100 V tr tam b rách trường h p 2 -ccĂcecesskskekskekeesesree 130Hnh 4102 ngsuátởv tr tamb rách trường h p l2 -cs: 131

H nh 4 103 Tra b ng exe bi ty tr Chỉ usdut iv tr b rách cho trường h p 131

H nh 4.104 V tr tam b rách trường h p12 vccccccccccssssvssssssssssscscsssveverststsesssesevens 132Hnh 4.106 ngsuấtởv tr tamb rách trường h p lÄả «: 133

Hnh 4107 Tra b ng exe bì tfV tr chỉ u sâu f iv tr b rách cho trường h pm ÔÀ 133

H nh 4108 V tr tấm b rách trường h p l4 cĂccsskskekskekeesesree 134Hnh 4110 ngsuấtởv tr tấm b rách trường h p 14 «: 135

Hnh 4112 V tr tam rách trường h p lŠ cĂccsskskekskekeeresree 136Hnh 4.114 ngsuấtởv tr tấm b rách trường h p lÖ -«: 137

Hnh 4.115 Tra b ng exe bityv tr chỉ usdut iv tr b rách cho trường h p 137

Hnh 4116 V tr tam rách trường h p lỐ -cccceceskststseeeeesesree 138Hnh4.117.M tcắtc atamb rách trường h p lỐ ccccesesesesesese 138Hnh 4118 ngsuấtởv tr tắm b rách trường h p lỐ -«: 139

Hnh 4.119 Ki mtra uw ng ph ch igi abi nd ng mô phỏng và bi nd ng CAD

Hình 4125 Ảnhhưởngc anhit vàtc tỉ ndngc negoéct ohnh 150Hnh 4126 Ảnh hưởngc atc tind ngce và ườngknhd ngc ngóct o

/1/1PREEEREEa 150

Hnh 4127 Ảnh hưởngc anhit và bướcti nd ngc 5 ngóct ohHh 151

Hnh4l26 Biìu Paretocho nhhường n góc DI NA ng 152Hinh 4129 Bi 1” NWmDS ĂĂĂẶẶS BS 11 va 153

DANH MỤC BANG BIEU

Bng2.1 Tỉ uchu nr nn td atrntr ng thdi ng suất, bi Nd ng 27

B ng 3.1 Thanh phan hóa học (%) ¢ a titan kỹ thuật (TOCT 19807-74) (không ớn/l0PEEEEREEEERd ằằ ố.ố ae 486

B ng 3.2 Thành phan, cơtnhe a titan và h p kim tỈtqn -ccscscscscse 54B ng 3.3 Nhi! chuy nbin B vanhit — giacéng bi nd ng đẻo 56

B ng 3.4 Nhi! t ohinhotr ng thái nóng cho titan vah p kim titan 57

tằ t% t% tt tx St Qt Èt tt Qt g tt Èg bg bg Gg g bg Gg bg bg ns & ng 3.5 Dc ¡ mcôngngh và tính chấtc ah p kim tilan - 57ng 4.1 Thanh phan hod học c a Titanium thương m i grade 2 32 58

ng 4.2 T nh chất cơ họcc atitanium ở nhỉ t ph ng 32 59

ng 4.3 Tnh chất vật c a Titanium thương m i grade 2 ¿ 59

TZ OLA, Mo CC A CACY ĐH Í ĂĂĂ Ăn vờ 63nợ 4.5 Ma trận th CHW Morcccccccccccccccccccccsccccsssssssceeeesecceeeessssssssaeeeeseeeeesseeeeeees 63ng 4.5 ng suất bi nd ng trong vùng déo ở 400°C C a Tifqn - 62

ng 4.6 ng suất bi nd ng trong vùng dẻo ở 700°C C a Tifqn - 62

ng 4.7 Giả tr mô Phong Cho truGng lh D Ï ecĂcceesseeesssss 107ng 4.8 Giá tr mô Phong Cho truGng lh D Ö cccĂĂStttseeessssss 110ng 4.9 Giá tr mô Phong Cho truOng lh P 3B vccccccccscecccccccccccccceecssesssssccceceeesseeeeeees 112ng 4.10 Gia tr mô phóng cho trường hh P 4 iccccccccccccccccccccceecscsssssssssscceeesseeeeeees 114ng 4.11 Giả tr mô Phong Cho truOng hh P Ö ĂĂĂĂĂ St ttssseesssss 116ng 4.12 Giá tr mô Phong Cho truOng HD Ố ĂĂĂĂĂtseeessssss 118ng 4.13 Giả tr mô Phong Cho truOng lh P 7 eĂĂĂ St ttsseeesssss 120ng 4.14 Giả tr mô Phong cho truOng lh D Ổ cĂĂĂttssseesssss 122ng 4.15 Giả tr mô Phong cho trường hh D Ô co cĂ cv ttkseeeesssss 124ng 4.16 Giả tr mô phóng Cho truOng lh D ccĂĂSStttsesessssss 126ng 4.17 Giả tr mô phóng cho trường h D ÏÏ àccsscsssssssessssss 128ng 4.18 Giả tr mô phóng cho trường h P12 ivccccccccccccccccccccsccssrrscccsnccceeessceeeses 130ng 4.19 Giả tr mô Phong cho trường h D ÏỔ ĂĂĂĂSSSssssssesssss 132ng 4.20 Gia tr mô phóng cho trường h P TẢ ĂĂĂĂĂSSSS++sssssssss 134ng 4.21 Giả tr mô phóng cho trường h P ÏÔ à cà ĂĂĂSSsessssessssss 136

t ohnhkhit oh nh HOT SPIF b ng mô DhỎNG ằ S333 5%2 140

B ng 4.24 B ng tong k t các thông s đu ra à uw ng ph ch i theo phương Az

theo các thongs t ot ohnhkhit ohnh HOT SPIFb ng mô phỏng 14]B ng 4.25 B ng ma hoa thông sô nh hưởng c AMG phHỎNG - 143B ng 4.26 Mã hod thông S NN hưỞng ccĂSeeeeeess 143B ng 4.27 Ma trán th c nghỉ m VỚI tuOng tac voeccccccccccccscsseesssscccceeeceeeceeeeeeesssssaes 144

B ng 4.28 Tổng k tk tqu th cnghi m và mô phỏng góc t oh nh HOT SPIF.146Bng429.Tỷ phẩntrăm nhhưởngc acác thôngs ngóc bỉ nd ng 152

B ng 4.30 B thongs CONG NN Í L ƯH àààĂĂẰĂSĂSĂ SE eeeeesss 153

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

Chương 1 TONG QUAN CHUNG VE LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU1.1 Giới thiệu về công nghệ tạo hình cục bộ liên tục (Incremental Sheet

Forming - ISF)1.1.1 M6 ta

ISF là kỹ thuật tạo hình không khuôn cho vật liệu tắm ISF sử dụng mộtdụng cụ dau tròn chạy theo một quỹ đạo xác định được điều khiển bằng chươngtrình số làm biến dạng tam kim loại được kẹp chặt trên bàn máy hoặc đồ gá để tạora hình dáng sản phẩm mong muốn Vật liệu tâm có thể là kim loại hoặc polymer.Dụng cụ được gan trên máy điều khiển số, có thé là máy ISF chuyên dùng hoặc

máy CNC ba trục hoặc cánh tay robot Từng lớp vật liệu theo phương ngang sẽ

biến dạng dẻo cục bộ liên tục trong suốt quá trình gia công để hình thành nên hìnhdạng cuối cùng của sản pham[2] Bề dày của mỗi lớp phụ thuộc vào bước tiến theophương thăng đứng

Az của quỹ dao dung cụ Các bước trong quy trình ISF được mô tả trong

(Hình 1.1): 1) Phôi được kẹp chặt trên đồ gá 2) Dụng cụ đi xuống và tiếp xúc vớiphôi 3) Dụng cụ chuyển động theo quỹ đạo để tạo hình lớp đầu tiên 4) Dụng cụlặp lại chuyển động để tạo hình các lớp tiếp theo cho đến hết quỹ đạo

Với kỹ thuật này, một chi tiết kim loại tâm chỉ được gia công trong thời

gian ngăn từ mô hình CAD ma không can qua các công đoạn làm khuôn và sửa

HVTH: Trần Trọng Hỷ Trang |

khuôn vốn phức tap và đắt tiền (Hình 1.1).1.1.2 Các bước trong quy trình gia công bằng phương pháp ISF

Tạo quỹ đạo dụng cụ và

PIỆPHBIHHH xác lập thông sô công

STEP Từ dữ liệu 3D CAD này, thông qua các ứng dụng CAM (Creo hay Catia,

), quỹ đạo của dụng cụ và các thông số công nghệ (vận tốc vòng của dụng cụ,bước tiễn, chiều sâu ) được thiết lập Thông tin về quỹ đạo dung cụ va thông số

công nghệ chứa trong tập tin mà máy CNC đọc được Quá trình ga đặt phôi lên máy

CNC được thực hiện thông qua đồ ga chuyên dùng, đồng thời tiễn hành đồ chương

trình vào máy và gia công.

Việc chuẩn bi gia công trong phương pháp ISF mất ít thời gian và linh hoạtvì hầu hết các quá trình hiệu chỉnh và thay đổi thiết kế đều được thực hiện trênphân mém Mặc dù năng suất không cao băng phương pháp dập nhưng ISF rất phù

hợp trong việc tạo mâu san phâm, trong sản xuât đơn chiéc và sửa chữa Đặc biệt,

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

ISF có thể được ứng dụng trong y học để tạo ra các mảnh xương nhân tạo băngthép không gỉ vốn cứng, khó gia công và số lượng rất hạn chế Trong trường hợpnay, ISF được thực hiện kết hợp với gia nhiệt cho chi tiết và công nghệ Scan 3D

1.1.3 Phân loại ISF

Phương pháp ISF được phân biệt thành hai hình thức khác nhau là tạo hình

cục bộ liên tục đơn điểm (Single Point Incremental Forming — SPIF) va tạo hìnhcục bộ liên tục hai điểm (Two Point Incremental Forming — TPIF)

1.1.3.1 SPIF

SPIF được mô tả trên (Hình 1.3) Day là phương pháp tạo hình cục bộ liên

tục dùng dụng cụ tác dụng lực lên một mặt của tắm vật liệu được kẹp chặt xungquanh còn mặt kia để biến dạng tự do Dụng cụ vừa quay quanh trục của nó vừatịnh tiễn theo quỹ đạo được lập trình sẵn Trong quá trình tạo hình, dụng cụ vả tâmvật liệu chỉ tiếp xúc với nhau theo một điểm và có chất bôi trơn để giảm ma sát.Phương pháp này không cần dùng khuôn có hình dáng của sản phẩm mà chỉ cầntắm đỡ dưới có hình dáng là chu vi của sản phẩm và tam kẹp trên dé có định phôitắm cần tạo hình

Dụng cụ tạo hình có dạng hình tru, đầu hình bán cầu Toàn bộ quá trình được

thực hiện trên máy điêu khiên sô ba trục.

Tam kẹp Dụng cụ N 2

|Wen FS | | WOO

TPIF(1.4) có lực tạo hình tac dụng trên ca hai mặt cua tam (tương tu côngHVTH: Trần Trọng Hy Trang 3

nghệ miết có khuôn nhưng tam không xoay tròn mà chuyển động của dụng cụ tạohình sẽ tạo hình bang cách miết lên mặt tam tựa hay dưỡng tạo phân lôi).

Tấm kẹp_ Dụng >—[ Dưỡng tạo phân lồi

H nh 1.4 TPHIF.aq) Trước gia công, b) Dang gia công

Phương pháp nay ngoai tam tựa dưới như SPIF còn cần phải dùng thêmdưỡng tạo phan lồi có định Toàn bộ dé ga va tắm tựa dưới sé di chuyển xuốngtheo đầu dụng cụ tạo hình còn dưỡng tạo phan lỗi thì cố định trên ban máy

1.1.4 Phan biệt kha năng cua SPIF và TPIF

a SPIF không dùng khuôn, kêt câu đỗ ga và chuyên động đơn giản, giá

thành hạ nhưng bị giới hạn là không thé tao các chi tiết tim vừa lõm vừa có vùnglôi

b TPIE phải dùng thêm dưỡng, kết cấu đồ gá cần chuyển động haxuống, nâng lên cùng với đầu dụng cụ tạo hình, do đó giá thành cao nhưng phạmvi tạo hình rộng hơn có thé tạo hình các chi tiết tấm vừa lõm vừa có vùng lồi.1.1.5 Khả năng biến dạng của SPIF và góc biến dạng

Khả năng biên dạng của SPIF được đặc trưng bởi góc biên dạng lớn nhat

amax Góc biến dang a là góc hợp bởi tiếp tuyến của bề mặt gia công với phươngngang tại điểm đang xét Góc bién dạng lớn nhất œmax là góc biến dạng tại vị tríchỉ tiết bị rách khi biến dạng[3] Việc xác định góc biến dạng là yêu cầu quantrọng nhất và cũng là vấn dé chủ yếu trong các nghiên cứu về SPIF nhằm địnhhướng cho thiết kế và chế tạo chỉ tiết băng phương pháp gia công này (Hình 1.5)

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

r=uin| Sa] ( 1-3)

Trong đó: t (mm) — bề dày tại vị trí khảo sát ứng với góc bién dang ơ

tạ (mm) — bé dày ban đầu

Nếu góc ơ = 90° thì t =0 Phương pháp SPIF không tạo hình được những vách

thăng đứng Nó cũng gặp khó khăn đối với các bề mặt bậc Độ chính xác hình họcva chất lượng bé mặt không cao băng phương pháp dập

1.1.7 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng khả năng tạo hình SPIF

Các nghiên cứu cho thấy các thông số sau đây có ảnh hưởng đến khả năngtạo hình của sản phẩm tâm khi tạo hình bang SPIF:

i Hnhd ngqguP od ngạc (tool path)ii Bước ti n theo phương z, Az (mm)

iii Vant cch yd ngc Vxy (mm/phiit) trong m t phang xy

iv S vòng quay n (vong/phit)c atr c chính mang d ngc t ohnhv Đường kinhd ngc t ohnh D(mm)

vi Nhit c achiti t trong qudtrnht ohnhT(°C)

vii B dày tam trước khi gia công (mm)HVTH: Tran Trong Hy Trang 5

viii H s masdtf gi a tấm và d ngc t ohnh

1.1.8 Công nghệ SPIF ở nhiệt độ cao

Phương pháp SPIF gia công được các vật liệu mềm ở nhiệt độ thường như

nhôm, đồng, thép cacbon thấp, nhựa nhiệt dẻo Với vật liệu dạng tắm có độ cứng,

độ bền cao như: thép không gi, hợp kim đồng, Magiê, Titanium rất khó biến dạng và định hình ở nhiệt độ thường vì khả năng đàn hồicao Để gia công được, các chi tiết dạng tam loại này phải được gia nhiệt đến nhiệtđộ phù hợp mà ở đó nó trở nên mềm hơn Phương pháp tạo hình cục bộ liên tục vậtliệu tắm có gia nhiệt gọi là phương pháp tạo hình cục bộ liên tục ở nhiệt độ cao

nhôm-Vấn dé quan trọng của SPIF ở nhiệt độ cao là phương pháp gia nhiệt vakiểm soát nhiệt độ của chỉ tiết trong quá trình gia công Tính chất của vật liệu vàkhả năng biến dạng của nó phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Một sự tăng nhiệt độkhông có kiểm soát ảnh hưởng rat lớn đến chất lượng cũng như độ chính xác của chitiết

1.2 Tình hình nghiên cứu.1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.2.1.1 Onhiét độ thườngNghiên cứu của V.Franzen và cộng su[4] khảo sát biến dạng của tam nhựaPVC Quỹ đạo dung cụ được dùng là dạng đường xoắn ốc bước 0,5mm Tác giả phântích ảnh hưởng đường kính dụng cụ Ø10zØ15mm và bề dày 2+3mm đến góc taohình Lượng chạy dụng cụ 1500mm/ph, bôi trơn bằng soap-emulsion Kết quả là cảhai thông số trên đều ảnh hưởng đến góc biến dạng cụ thể đường kính dụng cụ tăngthì góc bién dạng tăng và bề dày tăng góc biến dạng giảm

Nghiên cứu của Lê Văn S¥[2] cho tam Polymer với các thông số

Az(0,2+Imm), đường kính dụng cụ D(6rl2mm), lượng chạy dụng cụ

Vxy(1000+3000mm/ph) và tốc độ dụng cụ n(200+700 vòng/ph) Nghiên cứu chothay ảnh hưởng cua Az là lớn nhất, kế đến là đường kính dụng cụ và lượng chạydụng cụ Tốc độ trục chính có ảnh hưởng nhưng không đáng kê Bước tiến Az valượng chạy Vxy tăng làm góc bién dạng giảm nhưng đường kính dụng cụ tăng thibiến dạng tăng

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

Crina Radu[5] nghiên cứu ảnh hưởng của bốn thông số đường kính dụng cụD@-+5mm), bước tiến Az(0,05+0,5mm), lượng chạy dụng cụ Vxy(1500+3000mm/ph) và tốc độ trục chính n(500+1000v/ph) đến chất lượng bề mặtcủa tam thép cacbon thấp Bề day tam 0,6mm Qua thí nghiệm, kết qua cho thay cảbón thông số đều ảnh hưởng đến độ nhấp nhô bề mặt sau gia công Bước tiến Az có

ảnh hưởng lớn nhất, tiếp theo là đường kính dụng cụ, tốc độ trục chính và lượng

chạy dụng cụ Khi Az tăng thì độ nhấp nhô bề mặt tăng Ngược lại, khi D, n và Vxytăng thì độ nhấp nhô bề mặt giảm

Nghiên cứu của M.Rauch và các cộng sự [6] về ảnh hưởng của hình dạngquỹ đạo dụng cụ đến khả năng, thời gian và lực tạo hình Vật liệu được sử dụng làtam hợp kim nhôm 5086 có bé day 0,6mm Dung cụ tạo hình có đường kính 20mm.Hai loại quỹ đạo là quỹ đạo bậc thang có bước 0,5+lmm và quỹ đạo xoắn ốc cũngcó bước 0,5+lmm được tạo thành từ phan mém CAM Luong chay dung cu la

0,5+1,5m/ph Két quả là lượng chạy dụng cụ hầu như không ảnh hưởng đến lực tạo

hình, còn thời gian tạo hình có liên quan đến cả lượng chạy dụng cụ và loại quỹ đạodụng cu Từ đó, tác giả kết luận rang quỹ đạo từ chương trình CAM không phù hopvới phương pháp gia công SPIF và dé xuất xây dựng loại quỹ đạo mới từ dữ liệu lực

tạo hình thu thập được trong lúc gia công Phương pháp thu thập dữ liệu và xử líkhá phức tạp.

Các nghiên cứu về SPIF ở nhiệt độ thường tập trung vao tìm ảnh hưởng củacác thông số công nghệ đến khả năng biến dạng (góc biến dang a) của vật liệu tam.Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng đến độ nhấp nhô bề mặt và độ chínhxác hình học của chi tiết Các thông số công nghệ ảnh hưởng gém có: 1) Đườngkính dụng cu; 2) Bước tiến theo phương z; 3) tốc độ chạy dụng cụ Vxy; 4) tốc độtrục chính n; 5) bề dày phôi; 6) hình dạng quỹ đạo dụng cụ Trong đó, bề dày và tốcđộ trục chính là ít ảnh hưởng nhất

1.2.1.2 Ở nhiệt độ cao

Nghiên cứu của G.Ambrogio và các cộng sự[7] về khả năng biến dạng củahợp kim Magie AZ31 băng cách thực hiện thí nghiệm với hình nón cụt đường kínhlớn là 100mm, chiều sâu là 40mm và đường kính nhỏ là một hàm của góc biếnHVTH: Trần Trọng Hỷ Trang 7

dạng Các thông số công nghệ được dùng là đường kính dụng cụ D (12+18mm),bước tiễn Az (0,3+1mm), nhiệt độ T(200+300°C) Họ phát hiện ra rang khả năng tạohình tăng đáng ké ở nhiệt độ cao Nếu ở nhiệt độ thường, chiều sâu thu được là3mm và góc biến dạng là 30° thì ở 250°C góc biến dạng thu được là 60° và chiềusâu là 40mm Hai thông số ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình là nhiệt độ T vàbước tiến Az, trong khi ảnh hưởng của đường kính dụng cụ là không đáng ké[8]Thiết bị gia nhiệt được mô tả như hình (1.6) Chi tiết được kẹp chặt trên dé dướinhờ tắm kẹp Vong gia nhiệt đặt xung quan dé dưới làm nóng nó và truyền cho chỉtiết Để ngăn nhiệt làm nóng ban máy, phía dưới dé dưới được bố trí hệ thống làm

lạnh Nhiệt độ được điều khiển bằng bộ điều khiển PID với sai số nhiệt độ là 5°C

Ji, Y.H., Park, J.J.[9] nghiên cứu kha năng biến dạng của hop kim magieAZ31 ở các nhiệt độ 20°C, 100°C, 150°C, 200°C và 250°C Chi tiết khảo sát dạngcôn với góc côn phụ thuộc vào giới hạn tạo hình ở các mức nhiệt độ đó Tác giả kếtluận rang khả năng tạo hình tăng khi nhiệt độ tăng[8]

Zhang, Q va các cộng sự[10] nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bat dang hướngđối với kha năng tạo hình bang SPIF ở nhiệt độ cao cho tam hợp kim magie AZ31.Họ sử dụng các tam AZ31 được chế tạo bằng bốn phương pháp dun nóng, đúc rồi

cán nóng, cán ngang va đúc cán liên tục ở các nhiệt độ 150°C, 200°C, 250°C và

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

300°C Tác giả thấy rang tính bất đăng hướng có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo

hình và ảnh hưởng đó giảm khi tăng nhiệt độ.

Nghiên cứu cua David Adams[11] Ông dùng hai điện cực, một là dụng cụtạo hình và một là tắm kim loại làm cho tam kim loại bị đốt nóng Day là một bai

báo ngắn, ông chỉ giới thiệu công nghệ SPIF ở nhiệt độ cao trên vật liệu kim loại có

độ cứng bình thường và ứng dụng của HOT SPIF chứ chưa nghiên cứu sâu anh

hưởng của các thông số đến quá trình tạo hình và độ chính xác của sản phẩm.Phương pháp này có nhược điểm rất lớn đó là nhiệt độ phân bố không đều trên tam,cụ thể là ngay tại vị trí tiếp xúc giữa dụng cụ và tắm kim loại là nóng nhất và dễrách nhất (Hình 1.7)

4 bị

DC Poe P ~- Sheet (4

Supey (a) Ty; í be khoe co)

} |

Hnh 1.7 Nghỉ nce uc a David Adams

Nghiên cứu của Lê Văn Sỹ [2],[12] về anh hưởng của ba thông số công nghệnhiệt độ T(200°C+300°C), bước tiễn theo phương z(0.2+1mm) và tốc độ chạy dungcụ Vxy(1000+6000mm/ph) đến kha năng tạo hình và chất lượng bề mặt của tam

hợp kim nhôm A1010 và hợp kim magie AZ31 Đường chạy dung cu được sử dụng

là quỹ đạo hình xoăn ốc Mô hình khảo sát là hình nón cụt đường sinh cong Kếtquả cho thấy nhiệt độ ảnh hưởng lớn nhất đến góc tạo hình của hợp kim nhôm vàhợp kim magie trong khi ảnh hưởng của bước tiễn Az đối với độ nhấp nhô bề mặt làlớn nhất Thiết bị gia nhiệt được sử dụng dựa vào hiệu ứng June-Lenze như Hình

1.8.

HVTH: Tran Trong Hy Trang 9

Hé thong lam ma

Hnh lŠ HH th ng gia nhỉ tbh ngd ngm tchi tu

Chi tiết gia công được nối với hai cực của dòng điện một chiều cường độ caosẽ nóng lên theo hiệu ứng June-Lenze: Q = R Ứ t Nhiệt độ của tắm được nhận biếtbang cặp nhiệt Điện cực được lam mát bằng hệ thống làm mat bằng nước Ưu điểmcủa phương pháp này là thời gian gia nhiệt nhanh, kiểm soát nhiệt độ khá chính xác.Nhược điểm: chỉ gia công được vật liệu dẫn điện, nhiệt sinh ra phụ thuộc vào điệntrở suất của chỉ tiết nên đối với những vật liệu dẫn điện tốt cần nguồn có cường độrất cao

Fan và cộng su[13] sử dụng phương pháp gia nhiệt như cua David

Adams[11] dé nghiên cứu khả năng tạo hình của tam hợp kim magie AZ31 va hợp

kim titan TIA2Mn1I 5 (Hình 1.9).

Mô hình sử dụng là hình nón cụt với các góc sinh thay đổi từ 30° đến 90°.Các thông số công nghệ được xét đến là cường độ dòng điện, tốc độ chạydụng cụ, đường kính dụng cụ, bước tiễn theo phương z và điện trở Tác giả nhậnthay rang phương pháp này dễ điều khiến và các thông số công nghệ có ảnh hưởngđến khả năng tạo hình Cụ thể là khi tăng dòng điện thì khả năng tạo hình tăng trongkhi tăng tốc độ chạy dụng cụ, đường kính dụng cụ và bước tiễn Az thì khả năng tạo

hình giảm [8].

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

Một phương pháp gia nhiệt cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết

nữa là dùng tia lazer cua Duflou [14] [8](Hinh 1.10).

Chi tiết

Robot công nghiệp

Dụng cụ

6 trục

H nh 1.10 Gia nhỉ tb ng Lazerec aDof ou

Dụng cụ duoc lắp trên cánh tay Robot công nghiệp có đường tâm nằmngang Chỉ tiết được đặt thang đứng Nguồn Laser đặt phía sau chỉ tiết (đối diện vớidụng cụ) Chuyên động của nguén Laser đồng bộ với chuyển động của dung cụ détạo ra một vùng nhiệt di động lân cận vi tri tiếp xúc giữa dụng cu va chi tiết Tác giảxác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng và độ chính xác biến dạng của tắm65Cr, dày 0,5mm bang cách thực hiện gia công ở nhiệt độ thường (không chiếu

lazer) và ở nhiệt độ cao (có chiêu lazer) Mô hình khảo sát là nón cụt với góc sinh

50° Đường kính dung cụ 10mm, bước tiến Az 0,5mm, tốc độ chạy dụng cụ là

2000mm/ph ở nhiệt độ cao và 1500mm/ph ở nhiệt độ thường.

HVTH: Trần Trọng Hỷ Trang II

Nhiệt độ caoBiên dạng CAD

Hinh II] K tqu nghỉ nc uc aDof ou

Kết quả (Hình 1.11) cho thấy ở nhiệt độ cao, khả năng biến dạng lớn hơn vàđộ chính xác hình học cũng gần với biên dạng thiết ké

Trong nghiên cứu của L Galdos và các tác giả[15] về khả năng biến dạng

của hợp kim Magie ở nhiệt độ cao, họ sử dụng phương pháp gia nhiệt mới là dùng

Các nghiên cứu về SPIF ở nhiệt độ cao khác nhau cơ bản về thiết bị gianhiệt, còn phương pháp và các thông số công nghệ vẫn như là ở nhiệt độ thường

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Nhóm nghiên cứu do GS.TS Nguyễn Thanh Nam, trường ĐHBK TP.HCMchủ trì nghiên cứu về góc tạo hình của hợp kim nhôm A1050-H14[16] Tác giakhảo sát ảnh hưởng của bốn thông số công nghệ bước tiến z„ đường kính dụng cụ,tốc độ chạy dụng cụ Vxy, tốc độ trục chính, trên tam nhôm dày Imm ở nhiệt độthường băng thực nghiệm Đường chạy dao dạng xoắn ốc Quá trình thực nghiệm

thực hiện qua hai bước: bước 1 thực hiện gia công biên dạng nón cụt đường sinh

cong để xác định góc tạo hình lớn nhất, bước 2 kiểm tra lại góc biến dạng đó bằngcách gia công biên dạng nón cụt đường sinh thang với góc biến dạng nêu trên Kếtquả là đường kính dụng cu và bước tiến z có ảnh hưởng lớn đến góc tạo hình, trongkhi ảnh hưởng của tốc độ chạy dụng cụ và tốc độ trục chính không đáng kể Nghiêncứu cũng đã đưa ra bộ thông số công nghệ tối ưu và chạy kiểm tra một số chỉ tiết

hình dạng khác nhau (Hình 1.13).

Hinh ]l l3 M ts s nph mA1050-H14gia công b ng thôngs t itruj ló]

Nghiên cứu khả năng biến dạng của tam nhựa PVC dày 2mm bằng thựcnghiệm có xét đến nhiệt độ[17] Tác giả xét ảnh hưởng của bốn thông số công nghệlà bước tiến theo phương z, đường kính dung cu, tốc độ chạy dụng cụ và nhiệt độ.Mỗi yếu tố có hai mức Riêng nhiệt độ chỉ khảo sát ở 30°C va 50°C Mức nhiệt độnày vẫn xem là biến dạng ở nhiệt độ thường Thí nghiệm cũng được tiến hành theohai bước nhu[16] Kết qua là nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng biếndạng, kế đến là tốc độ chạy dụng cụ, nhiệt độ và tốc độ chạy dụng cụ tăng thì khảnăng biến dạng tăng Kha năng biến dạng cũng tăng khi tăng bước tiến và đườngkính dụng cụ nhưng tương đối thấp Xuất hiện dạng khuyết tật là chỉ tiết bị xoăn

HVTH: Trần Trọng Hy Trang 13

a)B tr th nghỉ m b)K tquSử dụng công nghệ ISF để sản xuất mô hình xe hoi[18], nghiên cứu nàynhăm mục đích ứng dụng công nghệ ISF để sản xuất mẫu sản phẩm hoặc sản xuất

đơn chiếc từ thiết kế CAD cho đến tính toán và chọn lọc các thông số công nghệ,thiết lập gia công và xử lí sau gia công Các thông số công nghệ được kế thừa từnhững nghiên cứu liên quan Các mẫu sản phẩm được tạo hình thành công đã chothấy tính ứng dụng của công nghệ này vào thực tế (Hình 1.15)

E[3] bằng mô phỏng Tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khảnăng tạo hình của tam composite, xây dựng mô hình FEM, phân tích, xác định gócbiến dang lớn nhất theo nhiệt độ và xây dựng biểu đồ giới hạn tạo hình (Hình 1.16)

Các giá trị nhiệt độ khảo sát là 20, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 165°C

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

Hnh l]l6 Bìu giớih nt ohnhc qacomposien nPPs ith y tỉnh F

Các nghiên cứu đều thành công trong việc gia công băng SPIF với các thôngsố công nghệ được sử dụng: 1) Bước tiến z, 2) Tốc độ chạy dụng cụ Vxy, 3) Đườngkính dụng cụ D, 4) Tốc độ trục chính, 5) Nhiệt độ Biên dạng khảo sát là nón cụt vớiđường sinh cong, quỹ đạo hình xoắn ốc Áp dụng phương pháp nghiên cứu thựcnghiệm và mô phỏng số bằng Abaqus, các tác giả đã kết luận các thông số côngnghệ đó đều có ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và ảnh hưởng lớn nhất vẫn là bathông số Az, Vxy và D

Một số luận văn tốt nghiệp đại học và cao học đã thực hiện liên quan đến SPIF:I- Dé tài “Khảo sát anh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năngbiến dạng dẻo va chất lượng bề mặt của vật liệu tam khi gia công bằng phươngpháp biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF (Single point incremental forming) ”[18] do tác giả Nguyễn Minh Khôi thực hiện (11/2009) nham mục dich nghiên cứuvà phát triển công nghệ tạo hình kim loại tam không dùng khuôn (theo phương phápSPIF), dé tai tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm trên 3 loại vật liệu tam: nhôm,thép mềm, inox

Trước hết dé tai tìm hiểu về quy trình công nghệ của phương pháp này Từđó tiễn hành xây dựng mô hình thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các thông sốcông nghệ của phương pháp tạo hình cục bộ liên tục đơn điểm lên khả năng biếndạng và chất lượng bé mặt của sản phẩm Dé tài tập trung khảo sát 4 thông số côngHVTH: Trần Trọng Hy Trang 15

nghệ là bước xuống dung cụ (z), tốc độ tiễn (Fxy), tốc độ quay (n) và đường kínhdụng cụ (D) Kết quả đã đưa ra phương trình hồi quy thực nghiệm thể hiện ảnhhưởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng và chất lượng bề mặtcủa sản phẩm trên một số loại vật liệu tam Dựa vào đó có thể tối ưu hoá các thôngsố công nghệ dé đạt được chất lượng sản phẩm theo yêu cau kỹ thuật.

Xây dựng được 6 phương trình hồi qui từ các số liệu thực nghiệm để có thédự đoán được góc biến dạng lớn nhất và chất lượng bề mặt sản phẩm đối với 3 vậtliệu nhôm A1050-H14, tôn lạnh ZACS, inox 304 Từ đó đã tối ưu các thông số côngnghệ và đề xuất một số chế độ gia công thích hợp với từng ứng dụng cụ thể (côngnghiệp, y học ) Kết quả đạt được tương đối tin cậy, có thể dùng để tra cứu trongnhững ứng dụng thực tế khi gia công tắm bằng phương pháp SPIF Tuy nhiên vẫncòn chưa xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng springback, chưa quan tâm đến van dé

nhiệt trong phương pháp gia công SPIF và vật liệu sử dụng trong thực nghiệm

không đồng nhất.2 - Đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lênsóc biến dạng và hiệu ứng springback trong SPIF” [19] do tác giả Nguyễn ThiênBinh thực hiện (12/2009), mục dich là xác định đồ thị liên quan giữa góc biến dạnglớn nhất và hiệu ứng đàn hồi ngược spring-back đối với các thông số công nghệtrong phương pháp tạo hình kim loại tấm cục bộ liên tục đơn điểm (SPIF) trên vậtliệu nhôm A1050-H14 Một phan quan trọng của luận văn là các đồ thị có thé ápdụng để tham khảo trong quá trình thiết kế sản phẩm dùng công nghệ SPIF Vì đâylà nghiên cứu thực nghiệm mang tính phát triển các nghiên cứu lý thuyết trên SPIFnên các kết quả thí nghiệm trong luận văn có tham khảo các kết quả nghiên cứukhác trên thế giới Một số kết quả mà đề tài đã thực hiện được:

- Tim hiểu cơ sở lý thuyết của công nghệ biến dạng cục bộ liên tục đơn điểm(SPIF) trên phương diện góc biến dạng lớn nhất và ảnh hưởng của hiệu ứng

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

là góc bién dạng lớn nhất và hiệu ứng spring back (Nhôm có mác

A1050-H14).

- Xéay dung đồ thi dựa trên các công thức có được Các đồ thị này có thể đượcsử dụng trong quá trình thiết kế để dự đoán các phản ứng của vật liệu đối vớicác chế độ gia công khác nhau trên vật liệu nhôm A1050-H14

- Ứng dụng kết quả đạt được trên công nghệ SPIF để thực nghiệm gia côngmẫu thực tế

Tuy nhiên luận văn chưa giải quyết được khả năng bién dạng của các vật liệukhác ngoài nhôm A1050-H14, việc thực hiện đo springback mới chỉ xét đến trườnghợp giữ nguyên chỉ tiết trên đồ ga Khi tháo chi tiết ra sẽ tiếp tục có các biến dang

phụ thêm.

3- Dựa trên những thành tựu của ngành khoa học phát triển công nghệ vật liệucomposit, các nha công nghệ vật liệu có thể tạo ra những coposite mới thỏa mãnmọi nhu cầu đa dạng và phong phú của nền công nghiệp phát triển hiện nay cũngnhư trong tương lai Chính vì vậy người ta thường nói: nền văn minh thé ky 21 lànên văn minh của thời kì vật liệu composite Cũng nằm trong quy luật đó, vật liệucomposite nền nhựa nhiệt dẻo đã có nhiều phát triển và ngày càng được ứng dụngnhiều trong các ngành công nghiệp, như ứng dụng trong công nghiệp ôtô, hàngkhông tàu thuyền, ống dẫn hóa chat, bồn chứa

Trong sự phát triển của ngành vật liệu composite có sự đóng góp rất lớn của lĩnh

vực tao hình cho vật liệu composite Tác gia Pham Van Trung đã thực hiện luận văn

thạc sĩ (16/06/2010) với dé tài “Nghiên cứu một phương pháp gia công mới đốivới vật liệu composite nền nhựa nhiệt déo”[20] Đó là phương pháp gia tăng biếndạng đơn điểm nhăm tránh tốn kém chi phí gia công khuôn ép nhựa va rút ngăn thờigian chuẩn bị khi gia công các sản phẩm đơn chiếc, các sản phẩm mẫu hay sản xuấtvới số lượng bé Dé tai khảo sát mô hình côn cong băng vật liệu composit bangphan mềm Pro/E và mô phỏng khả năng biến dạng bang phan mém ABAQUS khảosát khả năng biến dạng của va liệu composit với các góc giới han tạo hình khácnhau và ở các nhiệt độ khác nhau Kết quả phân tích ở trên ta thấy góc giới hạn tạohình thay đổi đáng kế khi nhiệt độ từ 130° đến 165” Trong khoảng nhiệt độ từ 20°HVTH: Trần Trọng Hỷ Trang 17

đến 60° góc tạo hình hầu như không thay đổi, chuyên vị tải vị trí bị rách tại 600

(4.35 mm) nhỏ hơn chuyền vị tại 200 (4,36 mm) là do ta chọn bước tiễn z quá lớn(Az = 0.5mm), do đó có sự sai lệch này Từ nhiệt độ 135° đến 160° góc giới hạn taohình khá tốt, do đó tốt nhất ta nên thực hiện quá trình SPIF trong khoảng nhiệt độ

này.

Tuy nhiên đề tài chỉ khảo sát được khả năng biến dạng với các góc tạo hình và ởnhững nhiệt độ khác nhau băng phan mềm ABAQUS mà chưa thực nghiệm được déso sánh kết quả giữa gia công thực tế bằng SPIF và mô hình mô phỏng

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Titanium là nguyên tố déi dào thứ chín trên Trái đất — đó là điều may mắn,biết răng chúng ta tìm thấy rất nhiều ứng dụng cho nó Bên như thép nhưng nhẹ hơn45%, và đồng thời không bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng giảm phẩm chat và nứtgãy của kim loại, chăng có gì bất ngờ khi mà kim loại thuộc nhóm 4 của bảng tuânhoàn này có vô số ứng dụng trong ngành hàng không Khung máy bay và đặc biệtcác bộ phận động cơ phản lực đều sử dung titanium Theo Titanium MetalsCorporation ước đoán lượng titan trong hàng không hiện dai là 58, 43 va 18 tan chomáy bay Boeing 777, 747 va 737: còn đối với máy bay Airbus là 24, 17 và 12 tan

cho cac loai A340, A330 va A320 Noi chung, cac loai cang moi thi dung cang

nhiều va các loại thân rộng dùng nhiều nhất Với các loại máy bay hiện đại nhất,Boeing 787 có thé dùng 91 tan, va Airbus A380 dùng 77 tan Động cơ dùng khoảng

10-11 tấn titan

Materials used in 787 body

© Fiberglass ®@ Carbon laminate composite _ Total materials used@ Aluminum © Carbon sandwich composite By weight

Aluminum/steel/titanium Other

Steel 3% Composites

50%10%

15%

-Aluminum20%By comparison, the 777 uses 12 percentcomposites and 50 percent aluminum.

Hình 1.17 Vat i u tr c sử trong may bay 787

Titanium không những bên va nhẹ, mà còn chống ăn mòn; nó ăn mon rat ít,nhưng thay vì bong ra giống như gỉ trên sắt — làm cho phan kim loại bên dưới ăn

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

mòn nhanh hơn — oxide titanium boc lay kim loại thành một mang bao vệ chồngxảy ra ăn mòn Bê day ban đầu của mang oxide chỉ chừng một hai nano mét, nhưnglớn dan lên tối đa khoảng 25 nano mét sau 4 năm Khả năng cản trở các hiệu ứng ănmòn cao của nước biến như vậy đã đưa đến nhiều ứng dụng hàng hải cho titanium,ví dụ như trục chân vịt, bệ đỡ giàn khoan dâu khí, và lớp vỏ ngoài của tàu ngầm

Khả năng kháng ăn mòn của titanium đồng nghĩa là nó trơ và không độc.Đặc biệt, nó được dùng trong khớp hông thay thế, chốt bat xương gãy và miếng vásọ nứt Những bộ phận này ở lại trong cơ thể người hàng thập kỉ Titanium còn đặcbiệt ở phương diện này, vì nó có vẻ hòa hợp tốt với xương đang sống — người ta chorằng nguyên nhân là do sự tương đồng giữa xương và mang oxide mỏng bao quanhkim loại này Vì lí do này, toàn bộ lượng titanium y khoa đều được xử lí trước bởidòng điện cao áp, loại bỏ hết mọi lớp phủ bề mặt và cho phép hình thành một lớp

oxide bảo vệ mới tươi nguyên.

Ngày nay khoa học kỹ thuật đã đạt được những thành tự tao lớn Sản phẩmđáp ứng nhu cau của người tiêu dùng rất nhanh và tính cạnh tranh trong thị trườngcũng ngày càng khốc liệt hơn Sản phẩm không chi đơn thuần đáp ứng về độ bềnmà mẫu mã của nó phải đẹp và bắt mắt hơn, thời gian đáp ứng cũng phải nhanh hơn

nữa.

Các phương pháp gia công kim loại tắm truyền thống: uốn, dập vuốt, tạohình nỗi, nong, top, miét (goi chung là dập) thì cần phải có khuôn (chày hoặc cối,hoặc cả chày và cối) và các máy chuyên dùng Mỗi chỉ tiết có thé trải qua một hoặc

nhiều thao tác dập mới hình thành được hình dạng sản phẩm Số thao tác được căn

cứ và một hệ số (gọi là hệ số vuốt) phụ thuộc và tính chất vật liệu, độ dày, điều kiệnthực hiên thoa tác như bề mặt khuôn, bôi trơn, tốc độ vuốt[1] Điều này đồng nghĩavới việc sẽ có một hoặc nhiều khuôn cho một sản phẩm dập Cho nên, phương phápdập tốn kém và mat nhiều thời gian nếu áp dung cho việc chế tạo mẫu Dap chỉđược áp dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khỗi vì chỉ có gia công với số lượnglớn mới giảm được giá thành sản phẩm Mặt khác, với những tam làm băng các hợpHVTH: Trần Trọng Hy Trang 19

kim độ cứng cao (hợp kim nhồm, hợp kim titan, hop kim magié, ) thì dập hầu như

không làm được.

Hot single point incremental forming (HOT SPIF) là công nghệ mới để tạohình titan loại tam Quá trình tạo hình theo phương pháp SPIF rất linh hoạt việcthiết lập sản xuất của chỉ tiết mới chỉ trong vài giờ chứ không phải là vài ngày nhưmột số phương pháp truyền thong Sử dụng công nghệ này có thé là chiến lược khingành công nghiệp đòi hỏi hàng loạt nhỏ hay sản phẩm duy nhất Đặc biệt trongviệc chế tạo các khớp giả, vỏ não giả được làm băng titan thì đây là giải pháp tối ưuvà tiết kiệm chí phí nhất Do đó, việc nghiên cứu mô phỏng quá trình gia công vậtliệu Titan bằng công nghệ HOT SPIF là cần thiết

1.4 Mục đ ch, đối tượng, nhiệm vụ và phạm vỉ nghiên cứu

1.4.1Mục d ch

Phân tích mô phỏng quá trình tạo hình bằng phương pháp HOT SPIF cho vật

liệu Titan So sánh quá trình tạo hình giữa mô phỏng và thực nghiệm.

1.4.2 Đối tượng

Đối tượng nghiên cứu là mô phỏng biến dạng của vật liệu titan

1.4.3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu

Nhiệm vụ của luận văn bao gôm:

e Tổng quan và lịch sử phát triển của phương pháp biến dạng cụ bộ (SPIF).e Tổng quan về vật liệu sử dụng trong công nghệ HOT SPIE

e Mô phỏng quá trình biến dạng trên phan mềm Abaqus.e Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến khả năng tạo hình.Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của bốn thông số công nghệ:

e Duong kính dụng cụ D (mm)

e Bước tiến theo phương z của dụng cụ Az (mm)e Tốc độ chạy dụng cụ V,, (mm/phút)

e_ Nhiệt độT (°C)Nhiệm vụ của Dé tài là nghiên cứu mô phỏng sự ảnh hưởng 4 thông số nàytới khả năng biến dạng của SPIF được đặc trưng bởi góc biến dạng lớn nhất Omax-Góc biến dạng ơ là góc hợp bởi tiếp tuyến của bề mặt gia công với phương ngang

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

tại điểm đang xét Góc biến dạng lớn nhất Omax là góc biến dạng tai vi trí chi tiét birach khi bién dang

Sử dụng phần mém Abaqus nhập các thông số đầu vào sau đó mô phỏng va chothông số dau ra là ứng suất phá huỷ ứng với góc tạo hình ơ lớn nhất Từ đó đưa raphương trình hồi quy của góc tạo hình Anax-

1.5 Y nghĩa khoa học và thực tiễn

Mô phỏng được quá trình tạo hình HOT SPIF từ đó có thê dự đoán được kha năng

biến dạng của vật liệu.CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Lý thuyêt biên dang trong SPIF

2.1.1 Cơ chế biến dạng dẻo

Sự dịch chuyển tương đối giữa các chất điểm, các phan tử của vật thé randưới tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc một nguyên nhân nào đó dẫn đến sự thayđổi vẻ hình dạng, kích thước vật thé, liên kết vật liệu được bảo toàn, được gọi làbiến dạng dẻo[2 l] Biến dạng dẻo kim loại được thực hiện băng cách trượt hoặcsong tinh là một quá trình chuyển dịch song song tương đối, không đồng thời giữa

hai phan (lớp) rất nhỏ của mang tinh thé Qua trình trượt xảy ra từ từ theo một mặt

và phương nhất định và ưu tiên cho những mặt và phương có góc định hướng vớingoại lực thuận lợi, sao cho ứng suất tiếp lớn nhất trên mặt và phương đó lớn hơn

một gia tri giới hạn.

2.1.1.1 Trượt và cơ chế biến dạng trượt

Trượt là một quá trình chuyển động tương đối giữa hai phan tinh thé, ở đâysự chuyển dịch tương đối bao hàm một loạt mặt hoặc lớp mỏng tạo thành dảitrượt, ở những vùng trung gian giữa các mặt trượt không có biến dạng (Hình 2.1).Thực nghiệm cho thấy, khoảng cách giữa các mặt trượt có giá trị khoảng 1pm,

trong khi đó khoảng cách giữa các lớp nguyên tử khoảng 1 - 1Oum Trượt xảy ra

trên một vùng, tạo thành mặt trượt song song với mặt tinh thé, chiều dày của mặtbăng đường kính nguyên tử Trượt chỉ xảy ra trên một số mặt và phương tỉnh thểnhất định Trên phương và mặt tỉnh thể này thường có mật độ nguyên tử dày đặcnhất hay ở trên đó có lực liên kết giữa các nguyên tử là lớn nhất, so với mặt vàphương khác Trượt xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp, sao cho các day

nguyên tử trong quá trình trượt vần giữ được môi liên kêt Nêu không còn môi liên

HVTH: Trần Trọng Hỷ Trang 21

kết đó, biến dạng dẻo sẽ dẫn đến phá huỷ Bắt kì một kiểu mạng tinh thé nào, trượtxảy ra trên một mặt trượt và theo một số phương trượt nhất định Tổng hợp mặt

trượt phương trượt được gọi là hệ trượt.

foe

waa A?A | Ề lự

Hnh2]l Tru tơi acacm t tinh th

Kết quả của trượt làm xuất hiện sự biến đối hình dáng tinh thé, xuất hiệncác giải trượt trên bé mặt và làm thay đổi tính chất vật lý của vật liệu (nhất làtính chất cơ học) Một hệ trượt tham gia quá trình biến dạng khi ứng suất tiếp

sinh ra do ngoại lực tác dụng trên mặt trượt và phương trượt đó vượt quá một

gia tri Ứng suat tiép giới han phụ thuộc vào kết cau vật liệu và nhiệt độ

T= —cosp.cos/ (2-1)

0

Hệ trượt hoạt động khi: r = Ø.c0S@.C0SÂ = Tc (2-2)

Trong đó: Ø — góc giữa phương của lực và phương tinh thé

— góc giữa phương của lực và mặt tinh thé.Sg — diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu.Trong trường hợp chung, hệ trượt hoạt động khi ứng suất tiếp tác động lớnhơn giá tri ứng suất tiếp tới hạn phụ thuộc cau trúc tinh thé và nhiệt độ Vật liệu códạng mạng lập phương diện tâm có ứng suất tới hạn nhỏ hơn của vật liệu có mạnglập phương thé tâm

2.1.1.2 Song tinh

Song tinh được thực hiện nhờ sự trượt theo một mat va phương tinh thể nhất

định, trong trường hợp ở nhiệt độ thấp, tốc độ bién dạng lớn Sự trượt xảy ra song

song nhờ tịnh tiễn một lần của các mặt tinh thể với khoảng trượt tỷ lệ với khoảngcách giữa mặt tính thể với với mặt song tính, kết quả tinh thể biễn dang trở nên đối

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: GS.TS Nguyễn Thanh Nam

xứng gương với phan tinh thé không biến dạng, qua mặt song tinh Đặc điểm biếndạng song tỉnh: Dịch chuyển các nguyên tử tỷ lệ với khoảng cách mặt song tỉnh,càng xa mặt song tinh, dịch chuyển càng lớn, nhưng không quá một khoảng cáchnguyên tử Biến dạng dẻo do song tỉnh rất nhỏ Song tỉnh xảy ra với tốc độ lớn trênmặt và phương nhất định đồng thời làm thay đổi định hướng của tinh thé Song tinhxảy ra khi bién dạng trượt khó khăn

Khi biến dạng theo cơ chế song tỉnh, cũng như trường hợp trượt, song tỉnhsay ra khi ứng suất tiếp đạt đến một giá trị tới hạn, ứng suất này thay đổi theo cautrúc tinh thé và nhiệt độ Trong mạng lập phương thé tâm, song tinh là kiểu biếndạng chủ yếu ở nhiệt độ thấp Trong hệ mạng lập phương diện tâm của song tỉnhluôn lớn hơn của trượt, nên thường không thay song tinh ở mạng nay

2.1.1.3 Biến dạng déo trong da tinh thé

Da tinh thé hay vật thé cầu tạo gém các hat (tinh thể) liên kết với nhau, giữachúng là vùng phân giới hạt Biến dạng dẻo của nó gồm biến dang trong nội bộ hạtvà dịch chuyển của các hạt Khi tăng nhiệt độ, độ bền ở phân giới hạt giảm làm cáchạt trượt tương đối với nhau do lực liên kết yếu đi (Hình 2.)