Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình của một số vật liệu kim loại tấm khi gia công bằng phương pháp spi

CHƯƠNG 1.1 MỞ ĐẦU Giới thiệu công nghệ biến dạng không khuôn SPIF Năm 1967, Edward Leszak đưa giải pháp tạo hình cơng nghệ biến dạng không khuôn (IDF: Incremental Dieless Forming hay ISF Incremental Sheet Forming) tạo hình dáng sản phẩm bất kỳ, phù hợp với sản xuất nhỏ, đơn Từ 1990, công nghệ bắt đầu ứng dụng sản suất Phương pháp tạo hình biến dạng cục liên tục (Incremental sheet forming - ISF), tạo hình dạng sản phẩm không đối xứng mà không dùng khuôn.ISF phân thành hai loại khác nhau: Single Point Incremental Forming (SPIF): dụng cụ tác dụng mặt mặt biến dạng tự Two Point Incremental Forming (TPIF): lực tạo hình tác dụng hai mặt tấm, phải dùng thêm dưỡng gá cố định bên bàn máy Luận án tập trung nghiên cứu phương pháp SPIF phương pháp đại diện cho công nghệ ISF: khơng cần dùng khn có đồ gá đơn giản 1.2 Các thông số ảnh hưởng đến khả tạo hình SPIF Có nhiều thơng số ảnh hưởng đến khả tạo hình SPIF, kể: 1- Module đàn hồi ES, hệ số Poisson S vật liệu tấm; 2- Bề dày ttrước gia công; 3- Module đàn hồi EP, hệ số Poisson p vật liệu dụng cụ tạo hình; 4- Đường kính dụng cụ tạo hình D; 5- Số vòng quay n trục mang dụng cụ tạo hình; 6- Vận tốc chạy dụng cụ Vxy mặt phẳng xy; 7- Lượng tiến dụng cụ xuống VZ theo chiều sâu; 8- Hệ số ma sát f dụng cụ tạo hình Nhiệt độ tạo hình T Loại trừ yếu tố ảnh hưởng lại thơng số: Vz, Vxy, D, n có ảnh hưởng nhiều đến khả tạo hình chất lượng bề mặt sản phẩm nên chọn làm thông số đầu vào 1.3 Mục tiêu nghiên cứu  Thiết lập mối quan hệ thông số công nghệ với khả tạo hình, lượng phục hồi, chất lượng bề mặt suất tạo hình nhóm vật liệu tiêu biểu (nhôm, thép thường thép không gỉ) dựa mô số thực nghiệm  Thiết lập phương trình hồi quy, tối ưu hóa thơng số công nghệ theo hàm mục tiêu thông số đầu mong muốn xây dựng công cụ tra cứu (phần mềm, biểu bảng) chế độ tạo hình SPIF theo thơng số đầu mong muốn để sử dụng thực tiễn 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Khả tạo hình nhóm vật liệu tiêu biểu  Giới hạn phạm vi nghiên cứu: đầu dụng cụ hình cầu, vật liệu kéo theo phương để lấy giá trị trung bình (2.6 [62]), bề dầy xem đồng Hệ số ma sát xem đồng bôi trơn tốt dụng cụ vị trí thấp nơi tồn đọng chất bơi trơn 1.5 Phương pháp nghiên cứu  Phần mềm ABAQUS sử dụng để thực mơ số q trình tạo hình SPIF, xác định mối quan hệ thơng số cơng nghệ với khả tạo hình lượng phục hồi  Thực nghiệm gia công mẫu máy SPIF chuyên dùng để kiểm chứng kết mô số, đồng thời xác định mối quan hệ thông số công nghệ với độ nhấp nhô bề mặt suất tạo hình  Quy hoạch kết thực nghiệm tính tốn phần mềm Minitab để thiết lập phương trình hồi quy, tối ưu hóa thơng số cơng nghệ theo hàm mục tiêu thông số đầu mong muốn, từ xây dựng cơng cụ (phần mềm, sổ tay) tra cứu chế độ gia cơng tạo hình SPIF để ứng dụng thực tế 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Thiết lập mối quan hệ thông số công nghệ (Vz, Vxy, D, n) với khả tạo hình, lượng phục hồi, chất lượng bề mặt suất tạo hình nhóm vật liệu tiêu biểu (nhơm, thép thường thép không gỉ) dựa mô số thực nghiệm, từ xác định giá trị bù trừ sai số, phục vụ cho thực tế tạo hình SPIF  Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ theo hàm mục tiêu thông số đầu mong muốn, từ xây dựng cơng cụ tra cứu (phần mềm, biểu bảng) chế độ tạo hình SPIF theo thông số đầu mong muốn để sử dụng thực tiễn CHƯƠNG 2.1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Mục đích yêu cầu Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định mối quan hệ thông số đầu vào công nghệ SPIF với thông số mục tiêu cần khảo sát khả tạo hình, độ xác tạo hình, độ nhấp nhơ bề mặt suất tạo hình vật liệu tiêu biểu (nhơm, thép thường thép khơng gỉ) Ngồi nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng với kết mơ số khả tạo hình độ xác tạo hình thực chương sau 2.2 Nghiên cứu thực nghiệm, thiết lập biểu đồ xác định khả tạo hình 2.2.1 Các thơng số mục tiêu cần khảo sát: Thông qua mục tiêu yêu cầu luận án, chọn thông số mục tiêu khả tạo hình, độ xác tạo hình, độ nhấp nhơ bề mặt suất tạo hình: - Góc biến dạng lớn αmax (độ) - Lượng phục hồi theo hai phương hướng kính ΔD độ sâu ΔH (mm) - Độ nhấp nhô Rz bề mặt (m) - Thời gian gia công mẫu Tg (phút) 2.2.2 Các thông số ảnh hưởng: Sau loại bỏ bớt số thơng số ảnh hưởng thực nghiệm đơn thơng số, lại thơng số ảnh hưởng sau đây: - Bước tiến dụng cụ z (mm) - Đường kính dụng cụ tạo hình D (mm) - Vận tốc tiến dụng cụ Vxy (mm/ph) - Số vòng quay trục n (vòng/phút) 2.2.3 Chọn phương pháp qui hoạch thực nghiệm Do số thông số ảnh hưởng k=4, trước tiên chọn qui hoạch thực nghiệm tuyến tính phần với mức giá trị để giảm số lần thực nghiệm, kết không phù hợp chuyển sang thực nghiệm toàn phần kết hợp qui hoạch phi tuyến Số mẫu 2k-1=24-1=8 Số lần lặp tính tốn chọn 3, số mẫu cho loại vật liệu 8x3=24 mẫu 2.2.4 Chọn mức mã hóa thơng số ảnh hưởng Bảng 2.1 Bảng chọn mức mã hóa thông số ảnh hưởng loại vật liệu Nhôm A 1050-H14, dầy t=1mm Mức giá trị z (mm) D (mm) Vxy(mm/ phút) n(vòng/phút) Min 0.2 800 400 Max 10 3000 2500 X0=(Max+min)/2 0,6 7,5 1900 1450 ∆Xi 0,4 2,5 1100 1040 xi (z-0,6)/0,4 (D-7,5)/2,5 (Vxy-1900)/1100 (n-1450)/1040 Thép SS330, dày t=0,6mm Mức giá trị z (mm) D (mm) Vxy(mm/ hút) n(vòng/ phút) Min 0.2 800 400 Max 10 3000 2000 X0=(Max+min)/2 0,6 7,5 1900 1200 ∆Xi 0,4 2,5 1100 800 Biến mã hóa xi (z-0,6)/0,4 (D-7,5)/2,5 (Vxy-1900)/1100 (n-1200)/800 Thép không gỉ SUS304, dầy t=0,4mm Mức giá trị z (mm) D (mm) Vxy(mm/ phút) (vòng/ phút) Xi X1 X2 X3 X4 Min 0.2 800 400 Max 10 3000 800 X =(Max+min)/2 0,6 7,5 1900 600 ∆Xi 0,4 2,5 1100 200 xi (z-0,6)/0,4 (D-7,5)/2,5 (Vxy-1900)/1100 (n-600)/200 Bảng 2.2 Chế độ tạo hình thực nghiệm loại vật liệu Thép không gỉ SUS304 Nhôm A 1050-H14 Thứ tự Bước xuống dụng cụ Vz (mm) Đường kính dụng cụ D (mm) Tốc độ tiến dụng cụ Vxy (mm/phút) Tốc độ quay trục n (vòng/phút) Bước xuống dụng cụ Vz (mm) Đường kính dụng cụ D (mm) Tốc độ tiến dụng cụ Vxy (mm/phút) Tốc độ quay trục n (vòng/phút) 0.2 10 800 2500 0.2 10 800 800 3000 400 3000 400 800 2500 10 800 400 0.2 3000 2500 0.2 10 3000 400 0.2 800 400 10 3000 800 10 800 400 0.2 800 400 0.2 10 3000 400 800 800 10 3000 2500 0.2 3000 800 Thép thường SS330 Thứ tự Bước xuống dụng cụ Vz (mm) Đường kính dụng cụ D (mm) Tốc độ tiến dụng cụ Vxy (mm/phút) Tốc độ quay trục n (vòng/phút) 0.2 10 800 2000 3000 400 10 800 400 0.2 10 3000 400 10 3000 2000 0.2 800 400 800 2000 0.2 3000 2000 2.3 Kết thực nghiệm 2.3.1 Thông số kết thực nghiệm nhôm A 1050-H14 2.3.2 Thông số kết thực nghiệm thép SS330 2.3.3 Thông số kết thực nghiệm thép không gỉ SUS304 2.5 Phân tích kết thực nghiệm: phương trình hồi qui Với kết thực nghiệm nhận được,ứng dụng qui hoạch phần để phương trình hồi qui mối quan hệ thông số ảnh hưởng thơng số cần khảo sát Phân tích PTHQ nhằm xác định ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến thông số xét đến thơng qua việc phân tích đạo hàm riêng phần Bảng tổng kết phương trình hồi qui vật liệu tiêu biểu Khả tạo hình (góc tạo hình 0)  Nhơm A 1050-H14  =82,77-0,6 ∆z-0,757D-0,001845Vxy +0,00023 n -0,33D.∆z -0,00021D.Vxy  Điều kiện đồng biến đạo hàm riêng phần dương, từ rút kết luận sau cần tăng khả tạo hình nhơm A 1050-H14: Nhơm có khả tạo hình tốt có số lớn 82.77, đồng biến với n nên chọn tốc độ quay dụng cụ cao tốt; Khả tạo hình nhôm nghịch biến với z, D Vxy nên cần giảm z, D Vxy  Thép SS330  α = 70,38 –0,78z – 0,317D– 0,001n – 0,417z.D +0,002z.Vxy  Dựa vào điều kiện đồng biến đạo hàm riêng phần dương, từ rút kết luận nhằm tăng khả tạo hình thép SS330: Thép SS330 có góc tạo hình đồng biến với Vxy để tăng khả tạo hình SS330 ta cần tăng Vxy, điều làm tăng suất giảm chất lượng bề mặt sản phẩm; Khả tạo hình thép SS330 nghịch biến với z, D, n nên cần giảm trị muốn tăng khả tạo hình  Thép khơng gỉ SUS304  α = 63,10–18,163z –D –0,0008Vxy -0,0092n + 0,8333zD – 0,0015zVxy  Dựa vào điều kiện đồng biến đạo hàm riêng phần dương, từ rút kết luận sau cần tăng khả tạo hình thép khơng gỉ SUS304: Thép khơng gỉ SUS304 có góc tạo hình ln nghịch biến với n V xy nên để tăng khả tạo hình SS330 ta cần giảm n Vxy, điều làm giảm suất tạo hình; Khả tạo hình thép khơng gỉ SUS304 nghịch biến với z, đạo hàm riêng phần dương đường kính D> 21,79, điều giới hạn khả tạo hình chọn D lớn làm tăng cơng suất tạo hình khơng tạo hình dáng sản phẩm bán kính hình học sản phẩm bé đường kính dụng cụ Tóm lại để tăng khả tạo hình cần giảm z suất tạo hình giảm theo; Thép khơng gỉ có khả tạo hình so với nhơm thép SS330 có giá trị số bé 63,10 Lượng phục hồi D (mm)  Nhôm A 1050 H-14  ∆D =1.66 -0.44z -0.069D -0.0002 Vxy -0,00007n +0,059z.D +0,00003D.Vxy  Để nâng cao độ xác tạo hình cần xét điều kiện nghịch biến lượng phục hồi ∆D theo z , D, Vxy n: Với đường kính dụng cụ lớn 7,45 để giảm lượng phục hồi ∆D nhằm nâng cao độ xác kích thước theo phương hướng kính độ xác hình học tạo hình nhôm ta cần chọn z lớn tốt, điều làm tăng suất tạo hình Ngược lại dụng cụ có D