Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu của luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, 15 tháng 10 năm 2018 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Đắc Trung Nguyễn Thị Thu i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cho phép tơi thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Bộ môn Gia công áp lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi suốt q trình tơi làm luận án Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đắc Trung tận tình hướng dẫn tơi chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Phòng Đo lường - Viện Tên Lửa, Viện IMI, Bộ môn Gia công áp lực - Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Công Nghệ thuộc Tổng cục cơng nghiệp Quốc phòng, tạo điều kiện giúp đỡ cho phép sử dụng thiết bị, cảm biến đo thông số công nghệ phục vụ thu thập xử lý tín hiệu thực nghiệm Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đọc cho ý kiến quý báu để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC BẢNG VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ VIII MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Các đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎNG CAO ÁP 1.1 Khái quát công nghệ dập chất lỏng cao áp 1.1.1 Công nghệ dập thủy 1.1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh 1.2 Tổng quan kết nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi 1.2.1 Trên giới 10 1.2.2 Tại Việt Nam 19 1.3 Phân tích đánh giá nghiên cứu 19 1.4 Cơ sở lý thuyết dập thủy tĩnh phôi 20 1.4.1 Q trình DTT phơi 20 1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự 22 1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng cối 26 1.4.4 Thơng số hình học khuôn, phôi 28 1.5 Xác định mục tiêu đối tượng nghiên cứu luận án 29 Kết luận chương 30 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHƠI TẤM 31 2.1 Mô số gia công áp lực 31 2.1.1 Giới thiệu mô số 31 iii 2.1.2 Ưu điểm mô số 31 2.1.3 Xác định, lựa chọn phần mềm mô số 32 2.2 Nghiên cứu q trình dập thủy tĩnh phơi với phần mềm Dynaform 32 2.2.1 Lựa chọn chi tiết 32 2.2.2 Vật liệu phôi 33 2.2.3 Thiết lập toán 33 2.2.4 Các thông số đầu vào đầu tốn mơ 35 2.2.5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp 36 2.2.6 Khảo sát quan hệ áp suất chặn Qch áp suất tạo hình Pth 39 2.2.7 Khảo sát quan hệ áp suất chặn Qch với bán kính sản phẩm Rd 41 2.2.8 Khảo sát ảnh hưởng áp suất chặn Qch đến mức độ biến mỏng lớn γmax sản phẩm 47 Kết luận chương 51 CHƯƠNG HỆ THỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 53 3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm 53 3.1.1 Khuôn thực nghiệm 54 3.1.2 Bộ cấp chất lỏng cao áp 58 3.1.3 Máy ép thủy lực 58 3.1.4 Hệ thống đo thông số công nghệ 59 3.2 Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm 61 3.3 Các tiêu đánh giá hệ thống thực nghiệm 62 3.4 Các tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm 62 3.5 Thử nghiệm so sánh với kết mô số 63 Kết luận chương 68 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM 69 4.1 Giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm 69 4.2 Xác định yếu tố đầu vào đầu toán thực nghiệm 69 4.3 Xây dựng mối quan hệ tốn học thơng số (Qch, H*, S*) (Rd, γmax, Pth) 73 4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến bán kính đáy Rd sản phẩm 73 4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến mức độ biến mỏng lớn sản phẩm γmax 82 iv 4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến áp suất chất lỏng tạo hình Pth 86 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 103 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Ký hiệu Do d hi H* Qch Pth Qch’ Rmc Rm Rdc Rd S0 S* Si γ γ max µ σm σf σρ σθ σz GCAL DTT DTC METL MPS PTN HPF QHTN Diễn giải Đường kính phơi Đường kính chi tiết Chiều sâu thời cối Chiều sâu tương đối chi tiết cối Áp suất chặn phơi Áp suất tạo hình Lực chặn phơi Bán kính lượn miệng cối Bán kính lượn miệng sản phẩm Bán kính lượn đáy cối Bán kính lượn đáy sản phẩm Chiều dày phơi ban đầu Chiều dày tương đối phôi Chiều dày sản phẩm vị trí đo i Mức độ biến mỏng Mức độ biến mỏng lớn Hệ số ma sát Ứng suất bền Ứng suất chảy Ứng suất hướng kính Ứng suất tiếp tuyến Ứng suất hướng trục Gia công áp lực Dập thủy tĩnh Dập thủy Máy ép thủy lực Mơ số Phòng thí nghiệm Dập tạo hình sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao Quy hoạch thực nghiệm Đơn vị mm mm mm (%) bar bar kN mm mm mm mm mm (%) mm % % MPa MPa MPa MPa MPa vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thành phần hóa học thép DC04 [46] 33 Bảng 2 Đặc tính kỹ thuật thép DC04 [46] 33 Bảng Thông số phôi 35 Bảng Thông số cối chất lỏng 35 Bảng Thông công nghệ số đầu vào trình tạo hình 36 Bảng Các thông số mục tiêu đầu trình tạo hình 36 Bảng Các miền giá trị khảo sát áp suất chặn áp suất tạo hình 38 Bảng Số liệu áp suất tạo hình trường hợp S* = 0.73 39 Bảng Số liệu áp suất tạo hình trường hợp S* = 0.91 40 Bảng 10 Số liệu áp suất tạo hình trường hợp S* = 1.09 40 Bảng 11 Bán kính đáy sản phẩm S* =0.73 H*=23 42 Bảng 12 Bán kính đáy sản phẩm S* =0.73 H*=26; 29 43 Bảng 13 Bán kính đáy sản phẩm S* =0.91 H*=23;26; 29 44 Bảng 14 Bán kính đáy sản phẩm S* =1.09 H*=23;26; 29 45 Bảng 15 Mức độ biến mỏng DTT cối có H* =23 48 Bảng 16 Mức độ biến mỏng DTT cối có H* =26 50 Bảng 17 Mức độ biến mỏng DTT cối có H* =29 50 Bảng Thông số tăng áp CP-70 58 Bảng Thông số đầu vào trường hợp mô 63 Bảng 3 Thông số đầu sản phẩm 63 Bảng Kết thử nghiệm 67 Bảng Kết so sánh số MPS thực nghiệm 67 Bảng Các yếu tố đầu vào đầu toán thực nghiệm 71 Bảng Bảng ma trận thực nghiệm 71 Bảng Bảng kết đo 73 Bảng 4 Các giá trị bj 74 Bảng Bảng giá trị S2 (bj) 75 Bảng Bảng giá trị 𝑏𝑗/ 𝑆𝑏𝑗 75 Bảng Bảng so sánh kết tính tốn kết thực nghiệm 76 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1 Sơ đồ phân loại cơng nghệ dập tạo hình chất lỏng cao áp [24] Hình Sơ đồ bước dập thủy [87] Hình Sơ đồ trình tạo hình thủy tĩnh phôi [66] Hình Dập thủy tĩnh B xe ôtô máy ép thủy lực [60] Hình Dập thủy tĩnh cặp phơi [38] Hình Dập thủy tĩnh phơi ống [85] Hình Mối quan hệ áp suất bán kính DTT phơi ống [85] Hình Sản phẩm hệ thống xả ôtô chế tạo bằng: Hình Sơ đồ nguyên lý trường hợp dập tạo hình (a) mặt cắt sản phẩm (b) [32] 12 Hình 10 Đường lực chặn tối ưu chi tiết cầu [64] 13 Hình 11 Hiện tượng: rách (a) nhăn (b) trình DTT [64] 13 Hình 12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tạo hình [56] 14 Hình 13 Hệ thống gia nhiệt trình dập chất lỏng áp suất cao [35] 15 Hình 14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh [94] 16 Hình 15 Hệ thống thiết bị DTT điều khiển theo chương trình [52] 16 Hình 16 Hệ thống chặn toạ độ điều khiển theo thời gian hành trình [25] 17 Hình 17 Hệ thống chặn chủ động điều khiển hành trình [25] 17 Hình 18 Sơ đồ điều khiển áp lực gioăng làm kín [25] 18 Hình 19 Bề mặt cối ảnh hưởng tới khả kéo phôi vào cối [82] 18 Hình 20 Sơ đồ q trình DTT phơi 22 Hình 21 Giai đoạn biến dạng tự [77] 22 Hình 22 Các vùng biến dạng phôi [15] 23 Hình 23 Trạng thái ứng suất biến dạng phôi DTT phơi [86] 23 Hình 24 Quá trình biến dạng tự [77] 25 Hình 25 Các bán kính góc lượn đáy cối 29 Hình 26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu 30 Hình Mơ hình khn (chưa chia lưới) mơ hình phơi 34 Hình 2 Mơ hình hình học chia lưới 34 Hình Đường cong ứng suất – biến dạng vật liệu DC04 34 Hình Sản phẩm mơ áp suất chặn Qch= 25 bar 36 viii Hình Sản phẩm mơ áp suất chặn Qch= 55 bar 37 Hình Sản phẩm đạt yêu cầu mô Qch= 90 bar 37 Hình Sản phẩm bị rách áp suất chặn Qch = 125 bar 38 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Qch Pth S* =0.73 39 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Qch Pth S* =0.91 41 Hình 10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Qch Pth S* =1.09 41 Hình 11 Quá trình hình thành sản phẩm áp suất chặn Qch = 90 bar 42 Hình 12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Qch Rd; Pth Rd 42 Hình 13 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phôi S* = 0.73 44 Hình 14 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phôi S* = 0.91 46 Hình 15 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phơi S* = 1.09 47 Hình 16 Phân bố biến mỏng biến dày Qch= 90 bar 48 Hình 17 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch H*=23 49 Hình 18 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch H*=26 51 Hình 19 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch H*=29 51 Hình Các thành phần hệ thống thực nghiệm 53 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm với thành phần sau: 53 Hình 3 Kết cấu cụm đế khuôn 55 Hình Thiết kế 3D lòng khn dập chi tiết trụ 55 Hình Các thành phần khn 56 Hình Vị trí đặt gioăng cao su thường gặp 56 Hình Lực tác dụng lên gioăng làm kín gioăng đặt miệng chặn 57 Hình Gioăng cao su bị gãy q trình kéo phơi vào lòng cối 57 Hình Vị trí đặt gioăng 57 Hình 10 Cụm điều khiển áp suất chặn 58 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo 59 Hình 12 Hệ thống đo áp suất – hành trình 59 Hình 13 Gá sản phẩm máy đo (a) hiển thị kết đo (b) 60 Hình 14 Hiển thị qua thấu kính tọa độ đo biên dạng sản phẩm 60 Hình 15 Xây dựng biên dạng sản phẩm Solidworks 60 Hình 16 Các điểm đo mẫu sản phẩm DTT 61 Hình 17 Hiển thị kết đo hình máy tính 61 Hình 18 Hệ thống thực nghiệm lắp ráp hoàn chỉnh 62 ix Hình 19 Mô tả vùng trạng thái ứng suất khác sản phẩm 64 Hình 20 Phơi thí nghiệm 64 Hình 21 Phơi phủ lớp nhựa bên ngồi 65 Hình 22 Sản phẩm rách đáy (a); sản phẩm đạt chất lượng (b) 65 Hình 23 Đồ thị áp suất chất lỏng công tác áp suất chặn phơi q trình tạo hình 66 Hình 24 Các dạng phế phẩm hình 4.20, 4.21, 4.22 cho thấy tùy trường hợp chiều sâu tương đối cối khác mà ứng xử γmax với chiều dày tương đối phôi S* khác 4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến áp suất chất lỏng tạo hình Pth Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, với bước tương tự mục 4.3.1, xác định phương trình hồi quy cho thơng số áp suất chất lỏng tạo hình Pth sau: Pth = y = 489.1 +64x1 -5.64x2+ 17.x3 -25.87x12 - 9.96x22 -12.66 x32 (4.13) Chuyển sang biến thực (Qch, H*, S*) ta phương trình sau: Pth = -0.08 Qch2 + 19.26 Qch -390.74S*2 + 817.31 S* - 1.11 H*2 + 55.84 H* - 1739.98 (4.3*) 86 ... đồ trình tạo hình thủy tĩnh phôi [66] Hình Dập thủy tĩnh B xe ôtô máy ép thủy lực [60] Hình Dập thủy tĩnh cặp phôi [38] Hình Dập thủy tĩnh phơi ống [85] Hình Mối... Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ dập thủy vật liệu Đại học Bách khoa Hà Nội [13] Phạm Văn Nghệ (2006) Công nghệ dập tạo hình đặc biệt NXB ĐH Bách Khoa 95 [14] Phạm Văn Nghệ (2006) Công. .. thông số công nghệ đến bán kính đáy sản phẩm dập thủy tĩnh Tạp chí Viện Khoa học Cơng nghệ Qn Sự - Số 56 11 Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Văn Thành (10/2018) Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến mức