NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỰC KẾ TRONG GIA CÔNG TẠO HÌNH GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM (SPIF) (SINGLE POINT INCREMENT FORMING)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM SPIF 1.1 Các công nghệ tạo hình tấm Trải qua một thời gian phát triển lâu dài, ngành công nghệ kim loại được các nhà khoa

ĐINH VĂN ĐỨC

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỰC KẾ TRONG GIA CÔNG

TẠO HÌNH GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM (SPIF)

(SINGLE POINT INCREMENT FORMING)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày…….tháng…….năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng dánh giá LV và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Đinh Văn Đức Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01/04/1987 Nơi sinh : Xuân Bắc, Xuân Lộc, Đồng Nai

Chuyên ngành : Chế tạo máy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2011

1- TÊN ĐỀ TÀI:

Tính Toán Thiết Kế Lực Kế Vòng Tám Cạnh Trong Tạo Hình Gia Tăng Đơn Điểm

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tổng Quan về phương pháp tạp hình gia tăng đơn điểm (SPIF)

- Một số nhân tố liên quan tới độ chính xác và khả năng tạo hình của SPIF

- Đường lối tính toán thiết kế lực kế vòng tám cạnh và chế tạo

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS Đặng Văn Nghìn

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Đặng Văn Nghìn

Những kiến thức chuyên môn quý báu, tri thức làm người và kinh nghiệm thực tế để làm hành trang quý giá cho sự nghiệp sau này mà em tích lũy được trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này chính là nhờ sự giúp đỡ của các thầy

cô Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Với tấm lòng biết ơn và trân trọng, em xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô

Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Đặng Văn Nghìn, người đã định hướng, tận tình chỉ dẫn, cung cấp tài liệu và luôn động viên chúng em có thêm tự tin để hoàn thành luận văn này Em xin chân thành cám ơn cô Thái Thị Thu Hà đã tạo điều kiện cơ sở vật chất để em có không gian thực hiện luận văn, thầy Lê Đình Tuân đã nhiệt tình truyền đạt, hướng dẫn em những kiến thức chuyên ngành hết sức mới mẻ,

bổ ích giúp chúng em hiểu rõ hơn và phát hiện những sai sót, cho em những lời khuyên để hoàn thành luận văn này trong điều kiện tốt nhất

Em xin cám ơn thầy Trần Đại Nguyên, thầy Nguyễn Thanh Nam đã tạo điều kiện cơ sở sở vật chất giúp em thuận lợi hơn trong việc thí nghiệm, cùng anh Bình

và anh Phước đã nhiệt tình hướng dẫn em sử dụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm

Cuối cùng chúng em xin cảm ơn bố, mẹ, anh, chị và những người thân đã tạo điều kiện tốt nhất và là chỗ dựa tinh thần vũng chắc cho em trong suốt thời gian học tập, tìm hiểu, thực hiện và hoàn tất luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 11 năm 2012

Học Viên

Đinh Văn Đức

(SPIF)” được trình bảy trong 4 chương (single point increment forming):

Chương I: Là phần giới thiệu tổng quan về phương pháp biến dạng gia tăng đơn điểm, tình hình thực tế và sự cấp thiết của đề tài Từ đó đặt ra mục tiêu cụ thể của luận văn

Chương II: Tìm hiểu các nhân tố ảnh hưởng đến độ chính xác và khả năng tạo hình trong SPIF

Chương III: Giới thiệu một số loại lực kế và trình tự tính toán thiết kế lực kế vòng tám cạnh cho gia công SPIF

Chương IV: Cải tiến dụng cụ SPIF nâng cao chất lượng sản phẩm

Chương V: Kết luận và hướng phát triển đề tài

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

ABSTRACT 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM (SPIF) 7

1.1 Các công nghệ tạo hình tấm 7

1.1.1 Gò 7

1.1.2 Nong ép 7

1.1.3 Phương pháp miết 8

1.2 Giới thiệu về phương pháp tạo hình gia tăng đơn điểm (SPIF) 9

1.2.1 Tạo hình gia tăng không đối xứng 9

1.2.3 Tạo hình gia tăng đơn điểm 10

1.2.3.1 Nguyên lý 10

1.2.3.2 Thiết bị 12

1.2.3.3 Dụng cụ 13

1.2.3.4 Đồ gá kẹp tấm kim loại 18

1.2.3.5 Thông số công nghệ 19

1.3 Khả năng ứng dụng của phương pháp SPIF 22

1.4 Tình hình nghiên cứu 23

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 23

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 29

1.4.3 Nhận xét 33

1.4.4 Một số vấn đề cần giải quyết 34

1.5 Tính cấp thiết của đề tài 34

CHƯƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TRONG SPIF 35

2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng của chi tiết gia công bằng SPIF 35

2.1.1 Góc nghiêng thành chi tiết 37

2.1.2 Tính đàn hồi của vật liệu 37

2.1.3 Các bề mặt có bán kính cong lớn 38

2.1.4 Khe hở giữa dụng cụ và vật đỡ 38

2.2 Lực trong SPIF 38

2.2.1 Lực 38

2.2.2 Ma sát 40

2.2.2.1 Ma sát tiếp tuyến 40

2.2.2.2 Ma sát xoắn 40

2.2.2.3 Ma sát tổng 41

2.3 Biểu đồ đường cong giới hạn tạo hình 41

2.3.1 Ảnh hưởng của góc thành sản phẩm 41

2.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ quay 43

2.3.3 Ảnh hưởng độ lớn của bước 44

2.3.4 Ảnh hưởng của đường kính dụng cụ 44

2.3.5 Ảnh hưởng của chất bôi trơn 45

2.4 Mối liên hệ giữa lực và khả năng tạo hình 47

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LỰC KẾ 48

3.1 Tổng quan về lực kế 48

3.1.1 Các yêu cầu của lực kế 48

3.1.3.1 Cảm biến vòng tám cạnh 49

3.1.3.2 Cảm biến sử dụng strain gauges khác 52

3.1.3.2 Cảm biến áp điện 56

3.1.3.3 Lực kế điện dung 59

3.1.3.4 Không trực tiếp 60

3.2 Xem xét lựa chọn phương án thiết kế 61

3.3 Thiết kế lực kế và chế tạo lực kế 62

3.3.1 Một số nghiên cứu về cảm biến vòng tám cạnh 62

3.3.2 Sơ đồ nguyên lý 62

3.3.3 Xác định kích thước của vòng tám cạnh 63

3.3.4 Đặc tính động học của lực kế 65

3.3.5 Định hướng của màng biến dạng và vòng trên lực kế 66

3.3.6 Thiết lập mạch cầu Wheatstone sử dụng trong lực kế 67

3.3.6.1 Loại strain gages và cách bố trí 70

3.3.6.2 Phương pháp dán 71

3.3.7 Thiết kế mạch khuyếch đại cho lực kế 74

3.4 Kết quả 75

3.5 Qui đổi lực ra thành phần lực tiếp tuyến 75

3.6 Calip 78

3.6.1 Trình tự calip 78

3.6.1.1 Thiết bị 78

3.6.1.2 Calip thành phần lực theo phương z 80

3.6.1.3 Calip thành phần lực theo phương x 83

3.6.1.4 Calip thành phần lực theo phương y 86

CHƯƠNG 4: CẢI TIẾN KẾT CẤU DỤNG CỤ SPIF NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 89

4 Gia công thử nghiệm 89

4.1 Thiết bị 89

4.2 Dụng cụ 89

4.3 Thiết lập thực nghiệm 89

4.4 Kết quả thử nghiệm 90

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93

5.1 Những vấn đề đã thực hiện 94

5.2 Hướng phát triển đề tài 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC 99

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học kỹ thuật đã đạt được những thành tựu to lớn Sản phẩm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng rất nhanh và tính cạnh tranh trong thị trường cũng ngày càng khốc liệt hơn Sản phẩm không chỉ đơn thuần đáp ứng về độ bền mà mẫu mã của nó phải đẹp và bắt mắt hơn, thời gian đáp ứng cũng phải nhanh hơn nữa Trong bối cảnh đó, nhiều doanh nghiệp đã thành lập những đội ngũ nghiên cứu và thiết kế ra các loại máy móc thiết bị nhằm sản xuất ra những sản phẩm đáp ứng nhanh các nhu cầu trên Nhưng với bối cảnh nước ta, trình độ kỹ thuật còn chưa cao, kinh phí dành cho nghiên cứu thiết kế lại chưa nhiều, nên chúng ta cũng chọn con đường

đi tắt, giải mã công nghệ tiên tiến, để từ đó thiết kế ra những thiết bị theo khả năng của mình

Single point incremental forming (SPIF) là một công nghệ mới để tạo hình kim

loại tấm Kỹ thuật tạo hình gia tăng đã được phát triển trong thập kỷ vừa qua SPIF là

một quá trình rất linh hoạt - thiết lập sản xuất của chi tiết mới chỉ trong vài giờ chứ không phải là vài ngày như một số phương pháp hình thành truyền thống Quá trình

sử dụng dữ liệu chính xác CAD đại diện cho một phần sản xuất Công việc thủ công coi như không cần thiết, và như vậy, tính lặp lại của quá trình này là rất tốt Hạn chế của quy trình là thời gian tạo hình tương đối dài Vì lý do đó, SPIF rất khả thi trong tạo mẫu nhanh và sản xuất loạt nhỏ

Trước hết, đề tài tìm hiểu về các thông số ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm gia công bằng SPIF, chủ yếu tập trung vào đường kính dụng cụ, bước tiến dụng

cụ, và cuối cùng xác định được bước tiến của dụng cụ và đường kính dụng cụ có liên quan đến lực dụng cụ tác dụng lên chi tiết gia công Từ đó thiết kế lực kế để đo lực trong gia công nhằm điều khiển được đường kính và bước tiến dụng cụ để cải thiện khả năng tạo hình khi gia công

Đề tài “ Nghiên Cứu Thiết Kế Lực Kế Trong Gia Công Biến Dạng Gia Tăng

Đơn Điểm SPIF” nhằm mục đích nghiên cứu và thiết kế một loại lực kế để đo lực

trong gia công bằng SPIF, từ đó giám sát lực làm tăng khả năng tạo hình của chi tiết gia công

Tp HCM, tháng 12 năm 2012

Đinh Văn Đức

ABSTRACT

Today, science and technology has made great achievements Products to meet the needs of consumers very fast and competitive in the market and more and more intense Products not only meet about the durability of its design must be beautiful and more eye-catching, response time is also faster In this context, many companies have established research and design team of machinery and equipment to produce these products for quick response on demand But with the country context, the technical level is not high, funding for research design is not much, so we chose to go off, advanced decoding technology, so that the design the equipment according to your ability

Single point incremental forming (SPIF) is a new technology for sheet metal forming Added visual techniques have been developed in the past decade SPIF is a very flexible process - set up production of new details in a matter of hours rather than days as a traditional method of formation Process data using accurate CAD represents a production Manual work as unnecessary, and as a result, the repetition of this process is very good The drawback of the process is relatively long shaping time For this reason, SPIF is very feasible in the rapid prototyping and small batch production

First of all, subjects learn about the parameters affecting the accuracy of the processed products by SPIF, mainly focusing on the diameter tools, step tools, and finally determine the progress of diameter tools and equipment related to power tools acting on information processing Since then force designed to measure the force in the design process, can control the diameter and step tool to improve the forming process

Project "Research Design and force Processing deformation of SPIF Unit Growth Point" for the purpose of research and design a capacity to measure the force

in outsourcing by SPIF designed to increase the formability of component

Ho Chi Minh City, December 2012

Dinh Van Duc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN

DẠNG GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM (SPIF)

1.1 Các công nghệ tạo hình tấm

Trải qua một thời gian phát triển lâu dài, ngành công nghệ kim loại được các nhà khoa học nghiên cứu lý thuyết, phân loại dựa trên các đặc điểm về gia công tạo hình Sau đây là một số phương pháp gia công tấm cổ điển có khuôn và không cần khuôn

1.1.1 Gò

Tạo hình sản phẩm tấm bằng cách gây áp lực nhỏ gần như điểm của búa, đe Thông thường, gò được thực hiện thủ công, nguội ở nhiệt độ thường, dùng cho sửa chữa (vỏ xe ôtô, đường ống khí thải, thùng, máng xối…), nói chung, gò thủ công thường không cần dùng khuôn có hình dáng chính xác giống thành phẩm mà chỉ cần dùng cách gá, tấm tựa có hình dáng đơn giản Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi tay nghề người thợ cao và gặp khó khăn đối với các sản phẩm có hình dáng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao về hình dáng và kích thước [15]

Hình 1.1 Sản phẩm tạo ra từ phương pháp gò

1.1.2 Nong ép

Dùng chày ép vật liệu vào lòng khuôn với tốc độ đủ để tấm kim loại (có thể nguội hoặc nung nóng) biến dạng từ từ và có hình dáng của khuôn [15] Có nhiều công nghệ ép khác nhau: ép sâu, ép lại, ép vách…

[15]

Hình 1.3

có

Hình 1.4 Phương pháp miết sử dụng con lăn

1.2 Giới thiệu về phương pháp tạo hình gia tăng đơn điểm (SPIF)

1.2.1 Tạo hình gia tăng không đối xứng

Ý tưởng ban đầu về tạo hình gia tăng không đối xứng đã được hình thành cách đây hơn 40 năm, được đăng ký phát minh bởi Leszak (năm 1967) nhưng không thể đưa vào ứng dụng cho đến những năm gần đây, một trong những nguyên nhân là sự phát triển của máy CNC chưa cao Công nghệ này lần đầu tiên xuất hiện trong những tài liệu khoa học vào đầu những năm 90 Quá trình này được phát triển nhằm đáp ứng

sự thiếu hụt khả năng tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực biến dạng kim loại tấm

Các ý tưởng về quá trình mới thường được phát hiện từ những phương pháp truyền thống Những quá trình này bị ràng buộc hình dạng chi tiết đạt đựơc phải liên quan và yêu cầu công nghệ và khuôn chuyên dùng [18]

1.2.3 Tạo hình gia tăng đơn điểm

1.2.3.1 Nguyên lý

Tạo hình bằng phương pháp gia tăng đơn điểm là một phương pháp mới trong tạo hình tấm, có thể gia công hình dạng phức tạp mà không cần có khuôn riêng Chi tiết gia công được gá cố định trên đồ gá và đồ gá được cố định trên bàn máy của máy như trên hình 1.5 Khi dụng cụ nhấn xuống sẽ tiếp xúc với tấm, tác dụng lên tấm một lực gây ra hiện tượng biến dạng cục bộ với một lượng rất nhỏ Dụng cụ di chuyển theo quỹ đạo đã được xác định trước đó nhờ các phần mềm CAD/CAM và tạo hình liên tục kim loại tấm bằng một chuỗi tăng các bước cho đến khi đạt được chiều sâu h cuối cùng của chi tiết

Hình 1.5 Tạo hình bằng phương pháp gia tăng đơn điểm

Hình 1.6 cho thấy hai cách xuống dụng cụ trong SPIF Kiểu đường xoắn ốc cho chất lượng chi tiết tốt hơn và ít xảy ra rách nứt chi tiết hơn

Hình 1.6 Đường chạy dao của SPIF

Dụng cụ tạo hình là một đầu bán cầu bóng được kẹp trên trục chính của máy, được làm từ thép gió hoặc thép hợp kim cứng Các thông số công nghệ trong SPIF

(hình 1.7) gồm: độ dày của tấm s, tốc độ quay trục chính n, đường kính dụng cụ d, bước tiến dụng cụ theo phương đứng Δz, tốc độ di chuyển dụng cụ f, góc nghiêng thành chi tiết α

Khi dụng cụ tiếp xúc với tấm kim loại sẽ tác dụng lên tấm ba thành phần lực

theo 3 phương F x , F y và F z

Hai thông số quan trọng trong gia công SPIF là đường kính dụng cụ d và bước

tiến dụng cụ Δz, khi tăng hai thông số này thì lực gia công tăng tuyến tính và ảnh

hưởng đến khả năng biến dạng của chi tiết [27] Do đó cần thiết phải đo lực

Hình 1.7 Bước trong tạo hình SPIF

1.2.3.2 Thiết bị

Hình 1.8 Máy CIELLE CNC dùng cho phương pháp SPIF

Hình 1.9 Cánh tay rôbôt dùng cho phương pháp SPIF

Có thể dùng máy Phay CNC 3, 4, 5, ặc tay máy rôbôt Tuy nhiên cần

trục Z của máy phay CNC khi muốn biến dạng các tấm có bề dày v ớn Còn đối với tay máy rôbôt, ưu điểm so với miết truyền thống là sự linh hoạt và khả năng liên kết các giai đoạn của quá trình gia công như cố định tấm, tạo hình, cắt, xử

lý bề mặt Hạn chế chủ yếu của cánh tay rôbôt là không đủ cứng vững như máy phay dẫn đến giảm độ chính xác đặc biệt khi chịu tải lớn

Ngoài máy phay CNC thông thường, người ta còn thiết kế một loại máy tương

tự như máy phay CNC Đây là một loại máy chuyên dùng để biến dạng vì thế trục Z

có thể cung cấp được lực biến dạng hơn 13 KN, ít có máy phay CNC nào có thể đáp ứng được thông số này

Hinh 1.10 Máy Allwood‟s SPIF

1.2.3.3 Dụng cụ

Từ nguyên lý của quá trình SPIF, ta có các yêu cầu đối với dụng cụ như sau:

- Vật liệu làm dụng cụ tạo hình phải đạt độ cứng cao để tránh mòn và biến

dạng dụng cụ

- Đường kính và chiều dài của dụng cụ tạo hình được lựa chọn tùy thuộc vào hình dáng và kích thước của sản phẩm Khi đường kính dụng cụ lớn thì thời gian gia công nhanh, độ bóng đạt cao hơn, nhưng góc giới hạn biến dạng của tấm sẽ giảm, độ chính xác về hình dáng cũng giảm đi Dụng cụ tạo hình nhỏ và dài sẽ gây rung động lớn, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt tấm và khiến cho dụng cụ dễ biến dạng Dụng cụ tạo hình ngắn sẽ tạo cứng vững nhưng chiều sâu biến dạng bị giới hạn Với dụng cụ tạo hình có góc chắn ở đầu nhỏ thì góc nghiêng tạo hình chi tiết bị giới hạn Dụng cụ tạo hình nhỏ nhất nên có đường kính 6 mm, bán kính tối thiểu là 3 mm Đa số các thực nghiệm cho thấy rằng bán kính nhỏ nhất hay được sử dụng nên là

1.2.3.3.1.2 Phân loại

Dụng cụ trong SPIF có thể chịu nhiều ma sát hoặc ít ma sát Do đó tác giả phân loại dụng cụ thành hai loại như sau:

a) Dụng cụ có thể quay tự do quanh trục của nó

Để giảm tối đa lực ma sát giữa bề mặt sản phẩm với dụng cụ tạo hình, người ta chế tạo đầu dụng cụ tạo hình là một khớp quay, trong đó đầu dụng cụ lăn tròn và tiếp xúc với bề mặt sản phẩm, tạo nên ma sát lăn dụng cụ, có hình dạng như sau:

Hình 1.11 Dụng cụ tạo hình Allwood's có đầu lăn tự do

Dụng cụ tạo hình đặc biệt do tác giả Julian Allwood [37] và trợ lý Kathryn Jackson ở trường ĐH Cambridge chế tạo Đây là loại dụng cụ tạo hình có các yêu cầu

kỹ thuật như các loại dụng cụ kể trên nhưng có thêm đặc tính là chịu được lực phản hồi và đầu dụng cụ có thể quay tự do Tuy nhiên, nhược điểm của nó là không biến

dạng được những sản phẩm có góc giới hạn lớn, thời gian chế tạo rất lâu, không phù hợp với điều kiện tạo mẫu nhanh

Hình 1.12 Mặt cắt của dụng cụ tạo hình Allwood's

1 Đầu dụng cụ; 2.Trục đỡ; 3 Bạc chặn ổ lăn; 4 Ổ lăn; 5 Bộ phận hấp thu phản

lực; 6 Giá đỡ đầu dụng cụ; 7 Bulon siết Các tác giả Elisabetta Ceretti, Claudio Giardini, Aldo Attanasio [39] đã sử dụng một dụng cụ có thể quay hoặc không quay quanh trục chính Trường hợp dụng

cụ có thể quay quanh trục chính nhằm làm biến ma sát trượt thành ma sát lăn để có thể đạt được bề mặt tốt hơn Kết cấu của dụng cụ này như sau:

Hình 1.13 Dụng cụ đã sử dụng

3

5 7 6

Cũng có thể sử dụng hệ thống điều khiển dụng cụ cho lực tác dụng để đảm bảo

an toàn cho máy và vật liệu Hệ thống này cho phép dụng cụ di chuyển ngược lại khi tải làm việc quá cao Sự di chuyển này có được là nhờ một lò xo được thiết kế có độ cứng thích hợp và tải trọng đặt trước như hình 1.14 Điều này là quan trọng để đảm bảo cho nguyên công được an toàn khi dụng cụ tác dụng tải cần thiết để biến dạng vật liệu

Hình 1.14 Hệ thống thu về của dụng cụ

b) Dụng cụ trong gia công SPIF không thể quay tự do quanh trục của nó

Đầu dụng cụ trong các bài báo có thể hình bán cầu, hình cầu liền cán, hoặc hình bo

Các tác giả G Hussain, L.Gao , N.U Dar [40] đã sử dụng thép gió (HSS) để chế tạo dụng cụ có đầu hình bán cầu đường kính 8 mm để tạo hình cho chi tiết hình côn thẳng, côn cong và kim tự tháp cụt bằng nhôm có chiều dày 0,91 mm, với lượng chạy dụng cụ là 2500 mm/ph và chiều sâu bước tiến là 0,15 mm

Các tác giả Nguyễn Thanh Nam, Phan Đình Tuấn, Võ Văn Cương, Lê Khánh Điền, Nguyễn Thiên Bình, Lê Trung Hiếu [41] trong Phòng Thí Nghiệm Điều Khiển

Số Và Kỹ Thuật Hệ Thống trường đại học Bách Khoa TP Hồ Chính Minh đã chế tạo dụng cụ bằng thép gió để tạo hình cho chi tiết bằng nhôm A1050-H14 Đầu dụng cụ

có hình bán cầu, có đường kính là 5 và 10 mm, độ nhám bề mặt là 1,25 µm Dụng cụ sau khi gia công tiện được nhiệt luyện trong dầu nóng từ 500-800 Thép gió được sử dụng là loại thép dụng cụ hợp kim cao, được dùng làm dụng cụ cắt có năng suất cao, tính cứng nóng đạt 5600-6000C, sau khi nhiệt luyện có thể đạt độ cứng tới 60 HRC

Nhược điểm của dụng cụ làm bằng thép gió này là thời gian chế tạo và nhiệt luyện dụng cụ rất lâu

A Formisano, M Durante, A Langella, F Capece Minutolo [42] đã sử dụng dụng cụ đầu hình bán cầu và hình bo để khảo sát ảnh hưởng của bước tạo hình, đánh giá tầm quan trọng của các thông số đến hình dáng hình học chi tiết nhất định

R5 ±0.1

0.1 A A

5

10 Ø10

Ø10

Hình 1.16 Dụng cụ a) Đầu hình bán cầu và b) Đầu hình bo

1.2.3.4 Đồ gá kẹp tấm kim loại

Hình 1.17 Đồ gá kẹp khi gia công bằng phương pháp SPIF

Đồ gá kẹp khi gia công bằng phương pháp biến dạng SPIF đơn giản, chi phí chế tạo thấp và dễ dàng thay đổi cho phù hợp với sản phẩm [2]

Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá:

Kích thước bao của đồ gá tùy thuộc vào kích thước giới hạn làm việc của 3

Đồ gá không yêu cầu độ chính xác cao, chỉ cần đảm bảo độ cứng vững và cân

bằng khi gá lắp lên bàn máy phay CNC

Để tiện cho việc lắp và tháo đồ gá ra khỏi máy CNC dễ dàng, các bộ phận của

đồ gá được nối ghép với nhau bằng mối ghép bulông - đai ốc

Tấm đỡ có thể dễ dàng thay đổi tùy theo biên dạng của sản phẩm

Hình 1.18 Đồ gá được lắp trên máy phay đứng

Đối với máy Phay CNC ngang, đồ gá được chế tạo như hình dưới đây:

Hình 1.19 Vị trí tương quan của đồ gá với dụng cụ tạo hình trên máy phay ngang

Do lực biến dạng có xu hướng lật đổ đồ gá chứ không ép xuống như ở máy CNC có trục đứng vì thế đồ gá yêu cầu phải chế tạo vuông góc với mặt bàn của máy

Hình 1.20 Minh họa chiều dày chi tiết

Tốc độ quay của dụng cụ đƣợc tính theo công thức [4]:

Tốc độ quay trục chính (n) theo lượng chạy dụng cụ (f), bán kính dụng cụ (r)

và góc nghiêng thành chi tiết (α) liên hệ nhau theo công thức [2]:

1(1 cos 2 )2

f n

r

(1.3)

1.2.3.5.3 Bước tiến của dụng cụ theo phương Z

Kích thước xuống dao Δz có ảnh hưởng rõ ràng đến khả năng tạo hình và độ nhám bề mặt Cũng giống như khi cắt gọt kim loại, bước tiến Z lớn thì lực biến dạng lớn và độ nhám bề mặt cũng tăng lên, khả năng tạo hình cũng tăng lên

Hình 1.21 Bước tiến dụng cụ

1.2.3.5.4 Tốc độ di chuyển dụng cụ f

Thông số này cũng ảnh hưởng đến quá trình biến dạng và chất lượng bề mặt Khi bước tiến F nhỏ thì lực biến dạng sẽ nhỏ, dụng cụ ít bị rung động tuy nhiên nhiệt sinh ra lớn tại điểm tiếp xúc do ma sát giữa dụng cụ và vật liệu tấm làm dụng cụ và bề mặt tấm bị bào mòn nhanh [4]

Lượng chạy dụng cụ được tính theo công thức:

1.2.3.5.5 Đường kính dụng cụ D

Một yếu tố quan trọng khác là đường kính dụng cụ Trong khi dụng cụ có đường kính nhỏ tập trung các vết nứt tại vùng biến dạng trên tấm dưới dụng cụ thì dụng cụ có đường kính lớn phân phối các vết nứt trên một vùng mở rộng hơn Khi đường kính dụng cụ tăng lên, quá trình càng giống với dập truyền thống, do đó giảm giới hạn tạo hình

Trong một khảo sát về hiệu ứng đàn hồi ngược (springback), các tác giả

Hongyu Wei, Wenliang Chen, and Lin Gao [3] đã đề xuất một một lượng bù lượng chạy dao:

1.3 Khả năng ứng dụng của phương pháp SPIF

Công nghệ này hoàn toàn có thể sử dụng trong các công ty sản xuất các sản phẩm từ kim loại tấm, composite tấm Nó đặc biệt hữu dụng cho các phòng phát triển sản phẩm muốn tạo thử sản phẩm mẫu nhanh Lợi thế lớn nhất của công nghệ này là thời gian gia công sản phẩm ngắn, từ lúc hình thành bản vẽ CAD đến hoàn thành mẫu

trên máy CNC là chỉ độ trung bình vài giờ tùy thuộc vào mức độ phức tạp hình học

và yêu cầu chất lượng bề mặt sản phẩm sau khi tạo hình (nếu so với vài ngày như các phương pháp tạo mẫu tấm khác) Nó càng trở nên đặc biệt hữu ích nếu như kết hợp với máy quét mẫu (được ứng dụng trong y học)

Hình 1.22 Khay đựng thịt xay (bên trái), tấm lót sàn (bên phải)

1.4 Tình hình nghiên cứu

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Chungchoo Ch [4] cho rằng tốc độ quay dụng cụ và lượng chạy dụng cụ đóng

một vai trò quan trọng trong khả năng tạo hình của một quá trình tạo hình gia tăng

đơn điểm Dòng nguyên liệu gián đoạn của quá trình đó cho phép thành của chi tiết mỏng hơn so với dòng liên tục của một quá trình tạo hình thông thường Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu hiệu quả tốc độ quay, ảnh hưởng đến khả năng tạo hình

thép DIN 1,0037 (thép St 37-2) Các dụng cụ khác nhau có tốc độ quay 100 v/ph và

Tập thể các tác giả I Cerro, E Maidagan, J Arana,A.Rivero, P.P Rodr´ıguez [5] phân tích dựa trên các kiểm tra thử nghiệm và mô hình hóa yêu cầu phân tích ảnh

hưởng của các thông số quá trình là cải tiến tốc độ dụng cụ, lực tạo hình và chiến

lược tạo hình lên các đặc tính của phần tạo hình gia tăng và đi sâu hơn vào sự hiểu

biết của quá trình đó Vì vậy, bài báo này cho thấy kết quả sơ thu với các kiểm tra thử nghiệm và một mô hình FEM đơn giản mà cho phép dự đoán chính xác một số đặc điểm của các chi tiết được tạo hình, vã cũng cho thấy rằng việc bôi trơn cũng là một

lý do chính yếu để đạt được một bề mặt chất lượng tốt, chiến lược tạo hình ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

Các tác giả [1] tập trung vào trình bày một phương pháp sáng tạo và khả thi để kiểm tra những giới hạn mỏng của kim loại tấm tạo hình gia tăng âm cùng với xác minh quy luật phân bố độ dày của Côsin Quy luật Côsin được xác minh bằng cách so sánh độ dày đo bằng thực nghiệm của các chi tiết tạo hình gia tăng với những quy luật

đó Để kiểm tra giới hạn của một tấm kim loại mỏng, ý tưởng được dựa trên tạo hình của một chi tiết đối xứng trục với những độ dốc khác nhau và với những chiều dày khác nhau Một vòng cung của một vòng tròn đã được chọn là đươ

mô hình hóa chi tiết đối xứng trục Căn cứ vào quy luật Côsin, biểu thức toán học được phân tích để dự đoán sự phân bố độ dày theo độ sâu của chi tiết và giới hạn mỏng của kim loại tấm Các tấm kim loại nhôm đã được sử dụng làm vật liệu thí nghiệm Để kiểm tra giới hạn mỏng của nó, chi tiết đối xứng trục, được mô hình hóa bằng một vòng cung đương, được tạo hình từng bước cho đến khi nó bị nứt Độ dày của chi tiết bị nứt được đo tại các điểm khác nhau dọc theo chiều sâu của nó và so sánh với quy luật dự đoán Côsin Mỏng tối đa tại một điểm, mà tại đó độ dày theo quy luật Côsin, được gọi là giới hạn mỏng kim loại tấm Để có được kết quả chính xác, bốn chi tiết như vậy có cùng một thiết kế đương sinh được tạo hình Dựa trên những kết quả này, một số chi tiết đối xứng trục và các chi tiết bất đối xứng đã được tạo hình cùng một góc nghiêng Việc này đã phát hiện ra rằng các giới hạn mỏng thu được từ các chi tiết được tạo hình cùng góc nghiêng cố định là thấp hơn chút ít so với những chi tiết thu được từ các chi tiết theo mô hình với cùng một thiết kế đương sinh Theo kết luận, một chiến lược để kiểm tra giới hạn thấp nhất có thể kim loại tấm mỏng đã được đề xuất Các phương pháp được đề xuất là khả năng để kiểm tra giới hạn mỏng kim loại tấm giảm thời gian xử lý và chi phí Những công việc trong tương

lai là sẽ khảo ảnh hưởng của bán kính đường sinh và khảo sát lại các thông số thử nghiệm xem chúng có ảnh hưởng đến kết quả như thế nào

Cùng với hai tác giả [6] đã nhận định Trong tạo hình gia tăng âm, một dải độ mỏng đặc trưng xuất hiện trên các chi tiết, khi góc của thành sản phẩm tiếp cận giá trị tối đa Ảnh hưởng của dải độ mỏng lên sự xuất hiện vết nứt trên chi tiết đã được nghiên cứu trong các kiểm tra hiện tại Người ta tìm thấy sự xuất hiện của một dải độ mỏng khi thử nghiệm mẫu của một kiểm tra khả năng biến dạng không có nghĩa là ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra Sự giảm khả năng tạo hình do sự xuất hiện của dải

độ mỏng chỉ xảy ra nếu mẫu bị nứt ở khu vực mặt bích Để đánh giá giới hạn tạo hình thực sự của một tấm kim loại, điều kiện liên quan đến sự xuất hiện của vết nứt chi tiết được đề xuất

Các tác giả [3] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng springback Tạo hình gia tăng là một quá trình tạo hình phức tạp diễn ra liên tục do sự tích lũy biến dạng cục bộ trong quá trình của nó, và springback (phục hồi lại hình dạng khi bị biến dạng), chất lượng tạo hình bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng này sẽ xảy ra Phương pháp đánh giá springback dựa trên sự bù sai số tạo hình đã được đề xuất, nó có thể được định nghĩa là sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tế một lượng bù theo hướng đo Theo phương pháp đánh giá bù sai số tạo hình, thử nghiệm đã được thiết kế và triển khai thực hiện Và từ kết quả thu được, có thể cho thấy, độ lớn của springback trung bình (δE) của các chi tiết tạo hình rất nhỏ, và độ chính xác tạo hình có thể được cải thiện đáng kể bằng cách áp dụng phương pháp bù Căn cứ vào trạng thái ứng suất kéo đôi trong các biến dạng chính của vùng, một giả thuyết rằng có rất ít springback được phát sinh bởi hành vi uốn của chi tiết được tạo hình thành đã được đề xuất

Các tác giả [7] đã thiết kế hệ thống đo biến dạng và lực tạo hình cho gia công bằng phương pháp tạo hình gia tăng đơn điểm Phương pháp tạo hình kim loại tấm gia tăng được thực hiện trên các máy phay điều khiển CNC Moiri Seiki với hệ thống điều khiển FANUC MSC-521 Các lực tạo hình đo bằng cách sử dụng hệ thống đo lực được thiết kế đặc biệt kết nối với máy phay Trái với đo lực, biến dạng của mẫu được đo bằng cách sử dụng phân tích graphometric dựa trên kiểm tra kích thước và hướng của biến dạng dài chính của các tấm kim loại cụ thể Bên cạnh các kết quả

phân tích tác động của các góc thành sản phẩm, tốc độ quay dụng cụ, kích thước bước theo phương thẳng đứng, đường kính dụng cụ và bôi trơn lên độ lớn của lực tạo hình

và độ giãn dài tương đối của nhựa dẻo được trình bày Kết quả cho thấy rằng các lực tạo hình là rất nhỏ so với quá trình dập sâu và nó không phụ thuộc vào kích thước sản phẩm Đó là lý do tại sao việc sản xuất các sản phẩm rất lớn là hoàn toàn phù hợp cho việc tạo hình Bên cạnh điều này, biến dạng và lực phân bố chủ yếu là phụ thuộc vào kích thước của góc thành sản phẩm, của đường kính dụng cụ tạo hình, và kích thước bước theo chiều dọc của dụng cụ Nhưng phân tích sự biến dạng và lực được nghiên cứu chỉ cho thép DC05 có độ dày 1 mm Kết quả phân tích sẽ giúp cải thiện sự lựa chọn các thiết bị thích hợp và để thiết lập các thông số tối ưu trên quá trình phân phối ứng suất và kích cỡ của lực tạo hình cần thiết Bằng cách này, thời gian sản xuất của sản phẩm có thể được giảm, nếu không quá trình này rất lâu Một phân tích biến dạng

và lực chi tiết của tạo hình gia tăng kim loại tấm cho sự kết hợp một số các thông số quá trình sử dụng ban đầu

Các tác giả [8] thiết lập công thức thực hành cho phép dự đoán lực xuất hiện trong quá trình tạo hình gia tăng đơn điểm Nghiên cứu này một mặt đã dựa trên một tập hợp lớn các thí nghiệm có hệ thống và mặt khác là kết của mô phỏng bằng phần

tử hữu hạn, đo lực bằng lực kế ba thành phần Kistler loại 9265 B Và tiến hành phân

tích công thức tính toán cho ba thành phần chính của lực cho năm loại vật liệu là: hợp

kim nhôm mềm: AA3003, hợp kim Al-Mg: AA5754, thép dập sâu: DC01, thép không rỉ: AISI 304 và thép lò xo: 65Cr2 được chọn theo chức năng của điều kiện làm việc (độ dày tấm, góc thành, đường kính dụng cụ, và bước xuống dụng cụ) với một độ chính xác tốt Hơn nữa, một mô hình tổng quát đã được suy ra dựa vào quy hoạch thực nghiệm và mô phỏng FEM, cho phép tính toán giá trị gần đúng của lực đối với vật liệu bất kỳ, chỉ dựa trên kiến thức sức bền của độ bền kéo

Các tác giả [9] tiến hành một khảo sát sơ bộ về ứng dụng của kỹ thuật tạo hình

gia tăng đơn điểm (SPIF) với các vật liệu nhựa nhiệt dẻo 24-1

phân đoạn thiết kế thử nghiệm với ba lần lập lại được thực hiện để khảo sát những ảnh hưởng của các thông

số tạo hình lên khả năng tạo hình của vật liệu Nghiên cứu khả năng tạo hình của các tấm nhựa nhiệt dẻo polypropylen, một phần hình nón với đương sinh là tròn

với góc thành và độ sâu khác nhau được xem xét Khả năng tạo hình của SPIF đối với các tấm nhựa nhiệt dẻo được định nghĩa là góc thành tối đa đạt được mà tấm chưa rách và/hoặc hư hỏng Góc này được đo tại vị trí nơi xảy hư hỏng cơ khí của tấm biến dạng chẳng hạn như nếp nhăn, nứt và rách Trong nghiên cứu này cũng rút ra được rằng bán kính dụng cụ cũng ảnh hưởng đến khả năng tạo hình của vật liệu Có thể kết luận rằng kiến thức hiện có và tấm kim loại trong quá trình SPIF có thể được áp dụng cho tấm nhựa nhiệt dẻo là có lợi ích tiềm năng và tính ưu việt

Các tác giả trong bài báo “Tiếp cận phân tích và số hóa để dự đoán vết nứt và tối ưu hóa khả năng tạo hình nhấn cho những hình dạng phức tạp trong tạo hình gia tăng đơn điểm” [10] dự đoán vết nứt tạo hình gia tăng tấm cho những hình dạng phức tạp ví dụ như khuôn mặt của người, một sự kết hợp giữa CAM và mô phỏng FEM được thực hiện và đánh giá giá trị vết nứt uốn (I) bằng phân tích phần tử hữu hạn Ở đây, đê tạo vết nứt uốn, gia công được tiến hành trên vật liệu VUMAT, sử dụng phần mềm ABAQUS / Explicit Code phần tử hữu hạn Mô phỏng CAM lần đầu tiên để tạo

ra dữ liệu CL (dữ liệu cắt vị trí) Dữ liệu này sau đó tính toán, sửa đổi và xuất sang các định dạng tập tin đầu vào cho ABAQUS thông qua lập trình MATLAB Cuối cùng, dự đoán và tối ưu hóa các giá trị vết nứt uốn được thực hiện cho tạo hình tấm

gia tăng âm để xác định ảnh hưởng của một số thông số ví dụ như bước xuống dụng

cụ, bán kính dụng cụ, độ dày của phôi và sau đó kiểm tra bằng thực nghiệm

Các tác giả trong bài báo: “Khả năng tạo hình của hợp kim magie trong

phương pháp tạo hình gia tăng nóng” [11] cho rằng Nâng cao khả năng tạo hình là

một trong những nhân tố chính của thành công và vì lý do này nó được khảo sát, còn trên các vật liệu nhẹ, sử dụng gia nhiệt sơ bộ được yêu cầu Trong bài báo khả năng

tạo hình, vật liệu Magnesium AZ31 được khảo sát bằng tạo hình gia tăng nóng Đồ gá

cho quá trình tạo hình có hệ thống gia nhiệt và làm nguội, tập trung vào các công cụ hiện có để mô tả khả năng tạo hình của vật liệu Cuối cùng trình bày được đường cong giới hạn hư hỏng tạo hình ở những nhiệt độ khác nhau cho mục tiêu nghiên cứu vết nứt

Các tác giả [12] đã kết luận rằng “Các công cụ mô phỏng số được đặc trưng bởi chi phí thấp” Trong công trình này, rãnh trên tấm đã được thực hiện bằng công

nghệ tạo hình gia tăng Mục đích của nghiên cứu này là phân tích các lực liên quan đến đường chạy dao dụng cụ và đường kính của nó Mô phỏng FEM đã được thực với

mục đích thực hiện một so sánh giữa các giá trị lực thực nghiệm đã chỉ ra và bởi

FEM Phân tích FEM bên cạnh việc cho phép sự riêng lẻ trong những điểm nơi điều kiện hư hỏng diễn ra bằng những đánh giá đơn giản các giá trị ứng suất đạt được Vì vậy, phương pháp FEM có thể được sử dụng để xác định đường chạy dao của dụng cụ trong giai đoạn thiết kế chu trình

Trong bài báo nghiên cứu “Những vấn đề về khả năng chế tạo của tấm bằng phương pháp tạo hình gia tăng” [13], mô hình hóa quá trình tạo hình tấm gia tăng (SPIF) được nghiên cứu Tập trung chính phân tích hạn chế Trong quá trình thực tế SPIF hai loại rủi ro có thể được xem xét: hư hỏng vật liệu và hư hỏng công cụ có liên quan đến lực tạo hình Từ quan điểm nhìn nhận của sản xuất an toàn, tất cả rủi ro được giảm thiểu Mục tiêu của nghiên cứu này là để dự đoán hư hỏng vật liệu và hư hỏng dụng cụ Nghiên cứu thực nghiệm, số và lý thuyết được thực hiện để xác định khả năng tạo hình vật liệu và các thành phần tải trọng hình thành Tạo hình gia tăng tấm chiến lược để xác định sơ đồ giới hạn tạo hình (FLD) (forming limit diagram) được chỉ ra Kết quả thử nghiệm thu được đã được tìm thấy là một trong những sự phù hợp tốt với xem xét lý thuyết

Một thử nghiệm về khả năng đo lực trong phương pháp tạo hình gia tăng đơn điểm được mô tả và một số phép đo lường lực trong tạo hình gia tăng được báo cáo [43] Sử dụng một lực kế bàn Kisler lắp phía trên đồ gá, ba thành phần lực được đo xuyên suốt quá trình tạo hình Chương trình kiểm tra thực nghiệm báo cáo tập trung chính vào ảnh hưởng của bốn thông số gia công khác nhau lên lực tạo hình: cỡ bước tiến giữa hai biên dạng liên tiếp, đường kính của dụng cụ, độ dốc của thành chi tiết và chiều dày của tấm được tạo hình Ảnh hưởng của sự bôi trơn và hình học của chi tiết kiểm tra trong tạo hình gia tăng đã được khảo sát bằng loạt thử nghiệm ban đầu Việc ngăn chặn hư hỏng chi tiết dựa vào hình dáng của đường cong lực được giải thích Đối với việc kiểm tra hư hỏng vật liệu, kết quả phân tích chứng minh mối quan hệ giữa các thông số gia công và lực được trình bày trong bài báo này

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nước thì mới trong giai đoạn bắt đầu tìm hiểu Tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ

Khí, PGS TS Nguyễn Thanh Nam đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

của tạo hình bằng phương pháp biến dạng gia tăng đơn điểm” (24/08/2010), đề tài

[14] đã thực hiện được:

1 Tổng hợp lý thuyết và qui trình công nghệ phương pháp gia công ISF

2 Xây dựng thí nghiệm Thiết kế và chế tạo các đồ gá phục vụ cho thí nghiệm phương pháp tạo hình gia tăng kim loại tấm:

- Thiết kế đồ gá SPIF và TPIF, dụng cụ biến dạng đầu bán cầu (Ø5 và Ø10mm)

- Thiết kế mô hình 3D, xuất chương trình NC để điều khiển dụng cụ tạo hình

3 Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm để khảo sát

ảnh hưởng của 4 thông số công nghệ (bước xuống z, tốc độ chạy dụng cụ

v xy , tốc độ trục chính n, đường kính dụng cụ tạo hình d) lên khả năng tạo

hình và chất lượng bề mặt của chi tiết được gia công bởi phương pháp tạo hình cục bộ liên tục trên 3 loại vật liệu:

5 Ứng dụng tạo hình những sản phẩm bằng phương pháp SPIF và TPIF

6 Lập bảng biểu các chế độ gia công tối ưu đối với 3 loại vật liệu

7 Xây dựng phần mềm dùng cho việc tra cứu chế độ gia công của một số vật liệu (nhôm, thép mềm, inox) phục vụ cho việc tạo hình sản phẩm ứng dụng thực tế Phần mềm có cơ sở dữ liệu mở, có thể cập nhập đối với nhiều loại vật liệu khác nhau

Một số luận văn tốt nghiệp đại học và cao học đã được thực hiện liên quan đến SPIF

1 - Đề tài luận văn “Nghiên cứu thiết kế thiết bị gia công kim loại tấm không

dùng khuôn” [16] của tác giả Phan Đình Tuấn (31/12/2008), thiết kế một thiết bị có

khả năng gia công kim loại tấm 2,5D Các chuyển động được điều khiển là tịnh tiến theo 3 trục X, Y, Z bằng bộ truyền vít me – đai ốc bi, dẫn động bằng động cơ servo Một phần quan trọng của luận văn là cơ sở lý thuyết của phương pháp gia công Vì đây là nghiên cứu thiết kế đầu tiên về thiết bị này thiết kế này chưa được hoàn chỉnh

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết đang được nghiên cứu trên thế giới của công nghệ tạo hình gia tăng đơn điểm

Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí, sử dụng khoảng 70% chi tiết cơ khí chuẩn trong thư viện Misumi

Mô hình hoá bằng phần mềm Inventor Professional 2008

Tuy luận văn đã đạt một số kết quả nhất định nhưng vẫn chưa giải quyết được một số vấn đề sau đây:

Chưa thiết kế được chương trình điều khiển của động cơ

Chưa chế tạo được mô hình thực tế

2 - Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng

biến dạng dẻo và chất lượng bề mặt của vật liệu tấm khi gia công bằng phương pháp biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF (Single point incremental forming) ” [15]

do tác giả Nguyễn Minh Khôi thực hiện (11/2009) nhằm mục đích nghiên cứu và phát triển công nghệ tạo hình kim loại tấm không dùng khuôn (theo phương pháp SPIF),

đề tài tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm trên 3 loại vật liệu tấm: nhôm, thép mềm, inox

Trước hết đề tài tìm hiểu về quy trình công nghệ của phương pháp này Từ đó tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ của phương pháp tạo hình gia tăng đơn điểm lên khả năng biến dạng và chất lượng bề mặt của sản phẩm Đề tài tập trung khảo sát 4 thông số công nghệ là bước xuống dụng cụ (z), tốc độ tiến (Fxy), tốc độ quay (n) và đường kính dụng cụ (D) Kết quả đã đưa ra phương trình hồi quy thực nghiệm thể hiện ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng và chất lượng bề mặt của sản phẩm trên một số loại vật liệu tấm Dựa vào đó có thể tối ưu hoá các thông số công nghệ để đạt được chất lượng sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật

Xây dựng được 6 phương trình hồi qui từ các số liệu thực nghiệm để có thể dự đoán được góc biến dạng lớn nhất và chất lượng bề mặt sản phẩm đối với 3 vật liệu nhôm A1050-H14, tôn lạnh ZACS, inox 304 Từ đó đã tối ưu các thông số công nghệ

và đề xuất một số chế độ gia công thích hợp với từng ứng dụng cụ thể (công nghiệp, y học…) Kết quả đạt được tương đối đáng tin cậy, có thể dùng để tra cứu trong những ứng dụng thực tế khi gia công tấm bằng phương pháp SPIF Tuy nhiên vẫn còn chưa xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng springback, chưa quan tâm đến vấn đề nhiệt trong phương pháp gia công SPIF, và vật liệu sử dụng trong thực nghiệm không đồng nhất

3 - Đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên

góc biến dạng và hiệu ứng springback trong SPIF” [17] do tác giả Nguyễn Thiên

Bình thực hiện (12/2009), mục đích là xác định đồ thị liên quan giữa góc biến dạng lớn nhất và hiệu ứng đàn hồi ngược spring-back đối với các thông số công nghệ trong phương pháp tạo hình kim loại tấm gia tăng đơn điểm (SPIF) trên vật liệu nhôm A1050-H14 Một phần quan trọng của luận văn là các đồ thị có thể áp dụng để tham khảo trong quá trình thiết kế sản phẩm dùng công nghệ SPIF Vì đây là nghiên cứu thực nghiệm mang tính phát triển các nghiên cứu lý thuyết trên SPIF nên các kết quả thí nghiệm trong luận văn có tham khảo các kết quả nghiên cứu khác trên thế giới Một số kết quả mà đề tài đã thực hiện được:

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm (SPIF) trên phương diện góc biến dạng lớn nhất và ảnh hưởng của hiệu ứng springback

Tiến hành các thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm (DOE)

và xử lý kết quả thí nghiệm bằng phần mềm MiniTab

Đưa ra được công thức liên quan giữa chế độ gia công với các thông số đầu

ra là góc biến dạng lớn nhất và hiệu ứng spring back (Nhôm có mác A1050-H14)

Xây dựng đồ thị dựa trên các công thức có được Các đồ thị này có thể được sử dụng trong quá trình thiết kế để dự đoán các phản ứng của vật liệu đối với các 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 công mẫu thực tế

Tuy nhiên luận văn chưa giải quyết được khả năng biến dạng của các vật liệu khác ngoài nhôm A1050-H14, việc thực hiện đo springback mới chỉ xét đến trường hợp giữ nguyên chi tiết trên đồ gá Khi tháo chi tiết ra sẽ tiếp tục có các biến dạng phụ thêm

4 - Dựa trên những thành tựu của ngành khoa học phát triển công nghệ vật liệu

composit, các nhà công nghệ vật liệu có thể tạo ra những coposite mới thỏa mãn mọi nhu cầu đa dạng và phong phú của nền công nghiệp phát triển hiện nay cũng như trong tương lai Chính vì vậy người ta thường nói: nền văn minh thế kỷ 21 là nền văn minh của thời kì vật liệu composite Cũng nằm trong quy luật đó, vật liệu composite nền nhựa nhiệt dẻo đã có nhiều phát triển và ngày càng được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, như ứng dụng trong công nghiệp ôtô, hàng không, tàu thuyền, ống dẫn hóa chất, bồn chứa…

Trong sự phát triển của ngành vật liệu composite có sự đóng góp rất lớn của lĩnh vực tạo hình cho vật liệu composite Tác giả Phạm Văn Trung đã thực hiện luận

văn thạc sĩ (16/06/2010) với đề tài “Nghiên cứu một phương pháp gia công mới đối

với vật liệu composite nền nhựa nhiệt dẻo” [18] Đó là phương pháp gia tăng biến

dạng đơn điểm nhằm tránh tốn kém chi phí gia công khuôn ép nhựa và rút ngắn thời gian chuẩn bị khi gia công các sản phẩm đơn chiếc, các sản phẩm mẫu hay sản xuất với số lượng bé Đề tài khảo sát mô hình côn cong bằng vật liệu composit bằng phần

mềm Pro/E và mô phỏng khả năng biến dạng bằng phần mềm ABAQUS khảo sát khả năng biến dạng của vậ liệu composit với các góc giới hạn tạo hình khác nhau và ở các nhiệt độ khác nhau Kết quả phân tích ở trên ta thấy góc giới hạn tạo hình thay đổi đáng kể khi nhiệt độ từ 1300

đến 1650 Trong khoảng nhiệt độ từ 200 đến 600 góc tạo hình hầu như không thay đổi, chuyển vị tải vị trí bị rách tại 600 (4,35 mm) nhỏ hơn chuyển vị tại 200 (4,36 mm) là do ta chọn bước tiến z quá lớn (Δz = 0,5 mm), do đó

có sự sai lệch này Từ nhiệt độ 1350 đến 1600 góc giới hạn tạo hình 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

ở những nhiệt độ khác nhau bằng phần mềm ABAQUS mà chưa thực nghiệm được

để so sánh kết quả giữa gia công thực tế bằng SPIF và mô hình mô phỏng

5 – Trong bài báo “Nghiên Cứu Tính Toán Công Suất Tiêu Thụ Trong Tạo

Hình Kim Loại Tấm Bằng Phương Pháp SPIF” của các tác giả Nguyễn Thanh

Nam, Lê Khánh Điền, Lê Văn Sỹ [19], trình bày một trường hợp tính công suất tiêu thụ của trục chính máy phay CNC khi tạo hình tấm kim loại dạng màng bằng phương pháp SPIF (Single Point Incremental Forming), là phương pháp tạo hình tấm mới nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây bằng cách điều khiển miết một đầu chày hình cầu không lưỡi cắt lên tấm kim loại được kẹp trên đồ gá Hai trường hợp được tính toán công suất dựa trên ứng suất tiếp cực đại trong cấu trúc vi mô tinh thể của vật liệu tấm: đó là giai đoạn đầu tiên khi chày nén thẳng xuống bề mặt tấm và giai đoạn đang gia công khi chạy dao vòng Giá trị cụ thể của công suất tiêu thụ cho gia công tấm nhôm A1050-H14 với đầu chày thép gió có đường kính 10 mm được áp dụng từ công thức kết luận trong bài viết cho thấy sự phù hợp của công thức lý thuyết với công suất tiêu thụ chỉ thị trên máy khi gia công thử nghiệm 24 nhóm mẫu nhôm A1050-H14 dày 1 mm trên máy phay CNC Bridge Port VMC500 của phòng thí nghiệm CAD&CAM, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Tp HCM

1.4.3 Nhận xét

Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tim hiểu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên khả năng tạo hình, cụ thể là đường kính dụng cụ và chiều sâu

bước tiến liên quan nhiều nhất đến khả năng tạo hình cho kim loại tấm bằng phương tạo hình gia tăng đơn điểm, quyết định đến chất lượng sản phẩm Do đó việc lựa chọn dụng cụ và chiều sâu bước tiến để gia công bằng phương pháp SPIF là rất quan trọng

1.4.4 Một số vấn đề cần giải quyết

Việc tăng khả năng tạo hình chủ yếu vẫn được tiến hành bằng các thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình, một số nghiên cứu sử dụng FEM để nghiên cứu hư hỏng xuất hiện trên tấm Tuy nhiên công việc thực nghiệm đòi hỏi tốn một lượng thời gian rất lớn vì số thực nghiệm phải lớn Đòi hỏi phải có một cách giải quyết khác tốt hơn, nhanh hơn

1.5 Tính cấp thiết của đề tài

Có thể nói rằng đa số các nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao khả năng tạo hình cho chi tiết chưa tập trung nhiều vào việc theo dõi khi nào chi tiết có dấu hiệu hư hỏng và có thể dự đoán, giám sát được dấu hiệu đó hay không Giám sát lực khi gia công sẽ giải quyết được những vấn đề trên Do vậy việc thiết kế một lực kế để đo lực

là một công việc cần thiết

CHƯƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ KHẢ NĂNG TẠO HÌNH TRONG SPIF

2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng của chi tiết gia công bằng SPIF

Vài thông số trong quá trình tạo hình gia tăng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết Chúng ta nên phân biệt giữa các thông số gia công (đường kính dụng cụ, chiều sâu bước giữa 2 vòng liên tiếp, tốc độ quay dụng cụ, sử dụng chất bôi trơn), các thông số vật liệu (biến dạng-độ cứng, tính dị hướng, mô đun đàn hồi) và các thông số liên quan đến chi tiết được thiết kế (chiều dày phôi, hình học, độ dốc của bề mặt chi tiết) Người thiết kế quy trình có thể lựa chọn tự do các thông số gia công, trong khi

vật liệu và hình học chi tiết thường không thể chỉnh sửa được [14]

Hình 2.1 Ảnh hưởng của bước xuống dụng cụ và đường kính dụng cụ

lên độ nhám bề mặt

Khi quan tâm tới chi tiết tạo hình, phải đảm bảo khả năng tạo hình cần thiết cũng như đảm bảo độ chính xác của sản phẩm, độ nhám bề mặt có thể chấp nhận được và thời gian quy trình cho phép Chẳng hạn như chiều sâu bước nhỏ hơn làm giảm độ nhám bề mặt, thì đòi hỏi một số lượng lớn số vòng lặp mà dụng cụ hoàn thành quy trình và do đó làm tăng thời gian gia công, làm giảm tính cạnh tranh trong công nghiệp Cũng như đường kính dụng cụ lớn hơn cải thiện chất lượng bề mặt nhưng làm giảm khả năng tạo hình của vật liệu, vì tiếp xúc bề mặt lớn hơn Kết quả