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.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU Nghiên cứu ảnh hưởng mợt sớ thơng sớ cơng nghệ kích thước hình học cới đến khả tạo hình dập thủy tĩnh phôi Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam A MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Dập thủy tĩnh (DTT) phôi hướng nghiên cứu cơng nghệ dập tạo hình chất lỏng cao áp Công nghệ cho phép dập chi tiết rỗng, đặc biệt chi tiết có hình dạng phức tạp vật liệu khó biến dạng Ở Việt Nam, có số cơng trình nghiên cứu cơng nghệ DTT, nhiên để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất cần phải có nghiên cứu chuyên sâu để làm chủ công nghệ Do “Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ kích thước hình học cối đến khả tạo hình dập thủy tĩnh phôi tấm” trọng tâm mục tiêu nghiên cứu luận án Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án • Mục đích luận án Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ kích thước hình học cối đến khả tạo hình dập thủy tĩnh phơi • Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng cụ thể: chi tiết dạng trụ hình 1.26 Phạm vi nghiên cứu giới hạn miền: - Vật liệu thép DC04 - Chiều dày phôi: So = (0.8; 1.0; 1.2) mm ứng với chiều dày tương đối S* = 0.73; 0.91; 1.09 (với đường kính phơi ban đầu Do = 110 mm) - Chiều sâu tương đối cối: H*= h/d*100 = 23; 26; 29 (Tương ứng với chiều sâu h = 16; 18; 20 mm đường kính cối d = 70 mm) - Áp suất tạo hình (áp suất lòng cối) Pth = 0÷600 bar - Áp suất chặn (lực đóng khn) Qch= ÷150 bar Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nghiên cứu phân tích lý thuyết, mô số với nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn • Ý nghĩa khoa học - Xây dựng phát triển sở khoa học để giải thích ảnh hưởng thơng số hình học khn; thơng số hình học phôi thông số công nghệ dập thủy tĩnh phôi Xây dựng mối quan hệ lực chặn phôi, chiều sâu tương đối cối chiều dày tương đối phôi với áp suất chất lỏng tạo hình, bán kính đáy sản phẩm mức độ biến mỏng • Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu luận án định hướng cho triển khai áp dụng thực tiễn sản xuất Có thể áp dụng vào sản xuất sản phẩm dạng tương tự với dải kích thước phù hợp Ngồi ra, với sản phẩm có kích thước lớn hơn, phương pháp nghiên cứu luận án áp dụng để nghiên cứu sản xuất thực tiễn - Góp phần xây dựng hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh phục vụ cho nghiên cứu đào tạo Hệ thống thí nghiệm luận án dùng để nghiên cứu phát triển vấn đề khác DTT phôi Ngồi ra, hệ thống sử dụng thiết bị thí nghiệm phục vụ cho sinh viên đại học học viên cao học để hiểu cơng nghệ DTT Các đóng góp luận án - Xác định mối quan hệ áp suất chặn, chiều sâu tương đối cối, chiều dày tương đối phôi với áp suất tạo hình, mức độ biến mỏng lớn sản phẩm, bán kính đáy sản phẩm làm sở tiến hành tối ưu hóa thơng số cơng nghệ dập chi tiết dạng trụ; Phân tích xác định ảnh hưởng thơng số cơng nghệ, kích thước hình học cối tới việc hình thành bán kính đáy sản phẩm mức độ biến mỏng sản phẩm Bố cục luận án Luận án thể đầy đủ mục theo quy định chung, bao gồm phần sau: - Chương Tổng quan cơng nghệ dập tạo hình chất lỏng cao áp - Chương Mơ số q trình dập thủy tĩnh phôi - Chương Hệ thống thực nghiệm - Chương Nghiên cứu q trình dập thủy tĩnh phơi phương pháp quy hoạch thực nghiệm - Kết luận chung hướng phát triển đề tài B NỘI DUNG CHÍNH CỦA 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 Dập tạo hình chất lỏng cao áp (HPF – High Pressure Forming) trình tạo hình vật liệu việc sử dụng chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi, làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng cối (Dập thủy tĩnh) biên dạng chày kết hợp với số chuyển động khuôn (Dập thủy cơ) 1.1.1 Công nghệ dập thủy Dập thủy (DTC) phương pháp tạo hình vật liệu nhờ nguồn chất lỏng cao áp sinh chuyển động khí dụng cụ tạo hình 1.1.2 Công nghệ dập thủy tĩnh Dập thủy tĩnh (DTT) cơng nghệ sử dụng nguồn chất lỏng cơng tác có áp suất cao (dầu, nước) có chức chày dập tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi phôi ống làm biến dạng phôi theo biên dạng lòng cối để tạo hình chi tiết Hình Sơ đồ trình tạo hình thủy tĩnh phôi [65] 1.2 Tổng quan kết nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi 1.2.1 Trên giới Qua khảo sát tài liệu, báo cơng bố vòng 30 năm qua đặc biệt năm trở lại đâu tổng kết, nhà khoa học giới tập cung vào vấn đề sau: - Công nghệ thông số - Các phương pháp tạo hình - Phát triển thiết bị khn - Vật liệu sử dụng cho DTT 1.2.2 Tại Việt nam Với ưu điểm trội so với công nghệ GCAL truyền thống, công nghệ dập chất lỏng cao áp nhà khoa học Việt Nam quan tâm từ khoảng 10 năm trở lại đây, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát q trình DTT phơi ống, q trình DTC Tuy nhiên, nghiên cứu riêng công nghệ DTT để chế tạo chi tiết từ phôi Việt Nam mới, nghiên giai đoạn tìm hiểu cơng nghệ ban đầu 1.3 Phân tích đánh giá nghiên cứu Những vấn đề tác giả nước giới thực bao gồm: - Đã có nghiên cứu sở lý thuyết, ứng suất, nghiên cứu trạng thái phá hủy DTT phôi tấm; nghiên cứu phương pháp DTT nhằm làm tăng suất khả tạo dập cặp chi tiết, DTT kết hợp dập vuốt thuông thường, DTT kết hợp DTC; phương pháp gia nhiệt trình DTT phôi ; - Xây dựng hệ thống chặn thơng minh, điều khiển theo hành trình, hệ thống chặn đàn hồi nhằm làm tăng mức độ kéo phôi trình DTT; Những vấn đề chưa khai thác rõ chưa nghiên cứu bao gồm: - Đối với chi tiết dạng trụ, chế tạo hình khác so với chi tiết dạng cầu, nhiên chưa có nghiên cứu làm rõ vấn đề này; - Chưa có cơng trình làm rõ mối quan hệ yếu tố thơng số cơng nghệ, hình dạng hình học cối tới khả tạo hình sản phẩm trụ cách khái quát, cụ thể yếu tố áp suất chặn, chiều sâu tương đối cối, chiều dày tương đối phôi tới việc chất lượng sản phẩm (cụ thể bán kính đáy sản phẩm mức độ biến mỏng lớn nhất) - Tại Việt Nam, việc thiết kế, xây dựng, chế tạo hệ thống khn dập tích hợp với hệ thống đo có khả triển khai thực tiễn vấn đề quan trọng để nghiên cứu công nghệ DTT, nhiên chưa có hệ thống thiết bị phù hợp cho DTT chi tiết trụ; Luận án tập trung nghiên cứu xác định mối quan hệ thông số cơng nghệ thơng số hình học khn để tạo hình DTT phơi tấm, từ xác định chế độ cơng nghệ hợp lý nhằm đạt độ xác sản phẩm cao 1.4 Cơ sở lý thuyết dập thủy tĩnh phơi 1.4.1 Q trình DTT phơi Q trình DTT phơi chia thành giai đoạn chính: - Giai đoạn 1: đóng khuôn Phôi định vị kẹp chặt vành cối chặn nhờ lực chặn, sau chất lỏng bơm vào khuôn, tác dụng vào bề mặt phơi - Giai đoạn 2: tạo hình tự Phơi bị kéo vào lòng cối tác dụng áp suất chất lỏng, phôi phồng lên hình thành dạng chỏm cầu - Giai đoạn 3: điền đầy lòng khn Áp suất chất lỏng tăng cao, đủ lớn để ép phôi kim loại biến dạng vào vị trí góc lượn đáy cối tạo hình dạng sản phẩm 1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự Giai đoạn biến dạng tự phôi bị phồng tác dụng áp suất chất lỏng phôi chạm vào đáy cối 1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng khn Khi điền đầy lòng khn, áp suất chất lỏng tăng cao nhiều so với giai đoạn biến dạng tự 1.5 Xác định mục tiêu đối tượng nghiên cứu luận án + Mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm: - Xác định ảnh hưởng áp suất chặn Qch, chiều sâu tương đối cối H* chiều dày tương đối phôi S* tới áp suất chất lỏng tạo hình cần thiết - Xác định ảnh hưởng thơng số Qch, H*, S* tới việc hình thành bán kính đáy sản phẩm Rd - Xác định ảnh hưởng thông số Qch, H*, S* tới mức độ biến mỏng lớn sản phẩm γmax - Xây dựng hệ thống khuôn, thiết bị phù hợp với điều kiện nghiên cứu ứng dụng + Đối tượng nghiên cứu: - Chi tiết có dạng trụ, kích thước hình 1.26 - Vật liệu: DC04 với dải chiểu dày (0.8 ÷ 1.2) mm Hình 26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu Kết luận chương Qua phân tích nghiên cứu cơng nghệ DTT nước giới cho thấy cơng nghệ có nhiều ưu điểm việc tạo hình chi tiết từ phơi Thơng qua nghiên cứu tổng quan, luận án xác định nội dung, mục tiêu đối tượng cần nghiên cứu Từ nghiên cứu lý thuyết cho thấy, chưa có mơ hình tốn học để xác định mối quan hệ thông số (Qch, H*, S*) với thông số (Rd, γmax, Pth) Do cần thiết phải sử dụng mô số để xác định xu hướng ảnh hưởng giới hạn vùng làm việc thông số công nghệ, phục vụ nghiên cứu thực nghiệm Chương NGHIÊN CỨU BẰNG MƠ PHỎNG SỐ Q TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHƠI TẤM 2.1 Mơ số Gia cơng áp lực Có hai phương pháp mơ sử dụng có hiệu ngành Gia cơng áp lực mô vật lý MPS 2.2 Nghiên cứu trình dập thủy tĩnh phơi với phần mềm Dynaform 2.2.1 Lựa chọn chi tiết Chi tiết cần khảo sát lựa chọn hình 1.33 Với kích thước sản phẩm lựa chọn ta có: - Đường kính phơi: Do = 110 mm 𝑑 - Hệ số dập vuốt m = = 0.63 𝐷𝑜 2.2.2 Vật liệu phôi Vật liệu sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm thép DC04 có chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm Bảng Thành phần hóa học thép DC04 [46] Mác C (%) Mn(%) P(%) S(%) thép DC04 max 0.08 max 0.4 max 0.03 max 0.03 Vật liệu DC04 xét có hệ số dập vuốt tới hạn [m] = 0.53, việc lựa chọn kích thước sản phẩm phơi có hệ số dập vuốt m=0.63 hợp lý để sản phẩm tạo hình lần dập Bảng 2 Đặc tính kỹ thuật thép DC04 [46] Mác Cơ tính Mác thép thép tương đương Rm Re δ ρ Russia(Mpa) (%) (kg/cm3) GOST 08kp DC04 (Mpa) 314-412 210-280 38 7.8*10-3 2.2.3 Thiết lập tốn q trình tạo hình a) Xây dựng mơ hình hình học b) Mơ hình vật liệu biến dạng Vật liệu DC04 cán nguội, sau ủ Nên kéo theo phương sai lệch ứng suất không nhiều Do giả thiết vật liệu đẳng hướng Đường cong ứng suất- biến dạng kéo vật liệu hình 2.3 Hình 2.3 Đường cong ứng suất – biến dạng vật liệu DC04 c) Thiết lập điều kiện biên - Điều kiện tiếp xúc: nên hệ số ma sát phôi bề mặt cối phôi chặn lựa chọn µ = 0.2 - Điều kiện biên chuyển vị: Cối đứng n; Phơi bị kéo vào lòng cối tác dụng áp suất chất lỏng; Quá trình kết thúc phôi điền đầy cối - Điều kiện biên áp suất chặn áp suất tạo hình: Áp suất chặn: Việc lựa chọn giá trị áp suất chặn đưa vào phần mềm dựa vào nghiên cứu giới [57, 86] cho sản phẩm có kích thước tương tự khảo sát cụ thể miền giá trị phù hợp mô thử nghiệm Áp suất chất lỏng: Lựa chọn giá trị áp suất chất lỏng tạo hình dựa nghiên cứu cho sản phẩm có kích thước tương tự [57, 86] trình thử nghiệm mơ d) Chọn tốn Mơ hình sau thiết lập vào Dynaform tiến hành tính tốn mơ Mơ hình tốn lựa chọn DTT đơn 2.2.4 Các thông số đầu vào đầu tốn mơ Bảng 2.4 Thơng số phơi Vật liệu DC04 Đường kính phơi 110 mm Chiều dày So 0.8 mm; 1.0 mm; 1.2 mm Chiều dày tương đối S* = 0.73; 0.91; 1.09 𝑆𝑜 ∗ 100 𝐷 𝑜 Bảng 2.5 Thông số đầu vào cối chất lỏng Đường kính lòng cối dc = 70 mm Chiều sâu lòng cối Hc = 16, 18, 20, 22 mm Bán kính miệng cối Rmc Rmc = mm Bán kính đáy cối Rdc Rdc = mm Chiều cao tương đối cối H* = 23; 26; 29 ℎ𝑖 H*= 𝑑 ∗ 100 𝑜 Bảng 2.6 Thông số công nghệ số đầu vào Áp suất chặn phơi Qch Qch = 25÷ 125 (bar) Bảng 2.7 Các thơng số mục tiêu đầu q trình tạo hình Áp suất chất lỏng tạo hình Pth (bar) Bán kính đáy sản phẩm Rd (mm) Mức độ biến mỏng lớn γmax (%) sản phẩm 2.2.5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp Áp suất chặn coi thích hợp đảm bảo yêu cầu sản phẩm như: - Chiều sâu tương đối H* phải đảm bảo theo thiết kế Bán kính đáy sản phẩm R d (mm) 11 6,70 6,60 6,50 6,40 6,30 6,20 6,10 6,00 5,90 H*=23 H*=29 H*=26 60 80 100 Áp suất chặn phôi Qch (bar) 120 Bán kính đáy sản phẩm Rd (mm) Hình 2.13 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phôi S* = 0.73 8,50 8,00 7,50 H*=29 7,00 H*=23 H*=26 6,50 60 80 100 120 Áp suất chặn Qch (bar) Bán kính đáy sản phẩm Rd (mm) Hình 14 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phôi S* = 0.91 13,00 12,00 H*=29 11,00 H*=23 10,00 H*=26 9,00 60 80 100 120 Áp suất chặn Qch (bar) Hình 15 Mối quan hệ Qch Rd chiều dày tương đối phôi S* = 1.09 Tổng hợp từ đồ thị hình 2.13; 2.14; 2.15 cho thấy: 12 - Các dạng đường đồ thị thể quan hệ áp suất chặn phơi Qch bán kính đáy Rd trường hợp chiều dày tương đối thay đổi chiều sâu tương đối thay đổi tương tự - Ảnh hưởng áp suất chặn Qch đến bán kính đáy sản phẩm Rd chia làm giai đoạn: Giai đoạn 1: áp suất chặn tăng bán kính đáy giảm thể nửa đường đồ thị bên trái hình 2.13; 2.14; 2.15 Nguyên nhân lực chặn hợp lý tăng dần, phôi dễ kéo vào lòng cối nên ngày áp sát theo biên dạng đáy cối Giai đoạn 2: áp suất chặn tăng bán kính đáy tăng lên, thể nửa đường đồ thị bên phải hình 2.13; 2.14; 2.15 Ở đây, nguyên nhân áp suất chặn tăng, phơi khó kéo vào nên việc áp sát biên dạng lòng cối khó 2.2.8 Khảo sát ảnh hưởng áp suất chặn Qch đến mức độ biến mỏng sản phẩm dập Xét miền áp suất chặn khảo sát: Qch = (80 ÷ 115) bar Hình 2.16 Phân bố biến mỏng biến dày Qch= 90 bar - Từ kết mô cho thấy, chi tiết bị biến mỏng lớn vùng đáy sản phẩm (vùng màu đỏ) - Chi tiết bị tăng dày phần ngồi biên vành, điểm giống với cơng nghệ dập vuốt truyền thống - Dựa vào ảnh đồ, xác định vùng có mức độ biến mỏng lớn nhất, giá trị biến mỏng cao thể cột màu Đây giá trị sử dụng để xác định mức độ biến mỏng lớn γmax 13 Mức độ biến mỏng lớn γmax (%) 16 15 14 13 12 11 S* = 0.73 10 S* = 0.91 S* =1.09 70 80 90 100 Áp suất chặn Qch (bar) 110 120 Hình 17 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch S*=0.73 Mức độ biến mỏng lớn γmax (%) 16 15 14 13 12 11 S* =0.73 10 S*=0.91 S* = 1.09 70 80 90 100 110 120 Áp suất chặn Qch (bar) Mức độ biến mỏng lớn γmax (%) Hình 2.18 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch S*=0.91 17 16 15 14 13 12 11 10 S* = 0.73 S*= 0.91 S* = 1.09 70 80 90 100 Áp suất chặn Qch (bar 110 120 Hình 19 Mối quan hệ biến mỏng lớn γmax áp suất chặn Qch S*=1.09 14 Từ đồ thị hình 2.17, 2.18, 2.19 cho thấy mức độ biến mỏng lớn γmax phụ thuộc vào áp suất chặn phơi Qch, áp suất chặn phơi tăng mức độ biến mỏng lớn tăng Ở chiều sâu tương đối cối H*, áp suất chặn Qch, mức độ biến mỏng lớn γmax phụ thuộc vào chiều dày tương đối S* phôi Chiều dày tương đối phơi S* lớn mức độ biến mỏng lớn γmax giảm Ở chiều dày tương đối S* xét, áp suất chặn Qch, mức độ biến mỏng lớn γmax phụ thuộc vào chiều sâu tương đối cối H* Chiều sâu tương đối H* tăng mức độ biến mỏng lớn γmax tăng lênChiều sâu tương đối tăng mức độ biến mỏng tăng Kết luận chương - Kết MPS cho thấy xu hướng mối quan hệ yếu tố xét (Qch, H*, S*) với yếu tố mục tiêu (Rd, γmax, Pth) Điều giúp định hướng việc đánh giá kết mức độ ảnh hưởng yếu tố khảo sát sau - Miền áp suất chặn hợp lý tìm Qch = (80 ÷ 115) bar, tương ứng với miền giá trị áp suất tạo hình Pth = (350 ÷ 550) bar làm sở quan trọng cho việc xây dựng hệ thống thí nghiệm khảo sát thực nghiệm chương sau Chương HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm Căn vào nghiên cứu hệ thống thiết bị công nghệ dập thủy tĩnh yêu cầu thông số công nghệ cần khảo sát, hệ thống thực nghiệm bao gồm 04 môđun xây dựng sơ đồ hình 3.1 Các thành phần hệ thống bao gồm: - Máy ép thủy lực (METL) 125 Tấn - Khuôn thực nghiệm - Hệ thống đo thơng số áp suất – hành trình, kết nối với máy tính - Bộ cấp chất lỏng cao áp Pmax =700 bar 15 Máy ép thủy lực Khuôn thủy tĩnh Bộ cấp chất lỏng cao áp Bộ đo thơng số Hình Các thành phần hệ thống thực nghiệm 3.1.1 Khuôn thực nghiệm Cối chế tạo với chiều sâu khác để phục vụ việc khảo sát ảnh hưởng chiều sâu khuôn tới chất lượng sản phẩm 3.1.2 Bộ cấp chất lỏng cao áp 3.1.3 Máy ép thủy lực 3.1.4 Hệ thống đo thơng số cơng nghệ Hình 12 Hệ thống đo áp suất – hành trình Hệ thống đo lường đảm bảo độ nhạy, độ ổn định vận hành Hệ thống khảo sát thơng số cơng nghệ q trình tạo hình dập thủy tĩnh vật liệu Thiết bị đo bán kính Việc đo bán kính sản phẩm sau dập tạo hình tiến hành máy đo quang học µM21 Thiết bị đo chiều dày Tiến hành máy chụp mẫu đo độ cứng tế vi FM700, Hãng Future Tech 3.2 Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm Sau module hệ thống thực nghiệm tính tốn, thiết kế, lựa chọn; tiến hành kết nối, lắp ráp modul với 16 Hình 18 Hệ thống thực nghiệm lắp ráp 3.3 Các tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm + Mức độ biến mỏng: mức độ biến mỏng γ ≤ 20% + Sai số kích thước: dung sai cho phép nhỏ 5% + Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị cào xước…) + Sai số hình dạng: khơng nhăn, rách 3.4 Các tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm Yêu cầu chi tiết thực nghiệm đạt chất lượng: + Mức độ biến mỏng lớn nhất: dựa vào tiêu cho sản phẩm dập ứng dụng dập chi tiết vỏ mỏng vỏ xe oto, nên yêu cầu cho sản phẩm dập không bị biến mỏng mức dẫn đến hư hỏng chi tiết trình làm việc, phân bố chiều dày sản phẩm phải đồng theo yêu cầu kỹ thuật chi tiết chế tạo, cụ thể mức độ biến mỏng γi ≤ 20% [81] + Sai số kích thước: đạt kích thước theo vẽ chi tiết dập với sai số nằm vùng dung sai kích thước cho phép nhỏ 5% + Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị xước…) + Sai số hình dạng, sản phẩm dập thủy tĩnh đạt yêu cầu chất lượng: không nhăn, rách, không biến mỏng mức cho phép (nhỏ 20%), biến dày không mức cho phép 25% [81] Sau dập sản phẩm không đạt yêu cầu kỹ thuật phải loại bỏ (phế phẩm) Các chi tiết dập không nằm dạng hỏng coi đạt yêu cầu chất lượng, để đánh giá kết mẫu thực nghiệm 3.5 Thử nghiệm so sánh với kết mô số 17 Để kiểm chứng kết MPS phù hợp với thực tế, cần phải so sánh kết thực nghiệm với MPS Xét trường hợp cụ thể trình mơ bảng đây: Bảng Thông số đầu vào trường hợp mô kiểm chứng Chiều sâu cối thủy tĩnh hc =16.0 mm Đường kính cối dc =70.0 mm Bán kính miệng cối Rmc = 5.0 mm Bán kính đáy cối Rdc = 6.0 mm Chiều dày phơi So = 0.8 mm Đường kính phơi Do = 110 mm Áp suất chặn Qch = 95 bar Áp suất chất lỏng cần thiết Pth = 450 bar Sau tiến hành tính tốn mơ phỏng, kết sản phẩm thể hình 3.19 với kích thước sản phẩm cho bảng 3.3: Bảng 3 Thông số đầu sản phẩm Chiều cao sản phẩm h =16.0 mm Đường kính sản phẩm d =70.0 mm Bán kính miệng sản phẩm Rm = 5.0 mm Bán kính đáy sản phẩm Rd = 6.08 mm Như vậy, sản phẩm đạt thơng số hình học thiết kế ban đầu Hình 19 Mô tả vùng biến dạng sản phẩm So sánh kết thí nghiệm với kết MPS bảng 3.5 ta có: Bảng Kết so sánh MPS thực nghiệm S0 Qch Pth Rd γmax (%) TT (mm) (bar) (bar) (mm) Kết thí 0.8 95 456.8 6.146 10.956 nghiệm 18 Kết mô 0.8 95 450 6.08 10.63 Sai số trung 2.98 0 1.5 1.08 bình (%) Qua so sánh q trình DTT mơ thực nghiệm cho thấy có tương đồng cao mơ thực nghiệm Như kết luận được, mơ hình xây dựng đảm bảo u cầu độ xác, mơ hình vật liệu phù hợp, điều kiện biên thiết lập phù hợp với thực tế, kết MPS tin cậy, có khả làm sở để khảo sát ảnh hưởng thông số cơng nghệ tới q trình tạo hình DTTvà độ xác sản phẩm Kết luận chương Hệ thống thực nghiệm công nghệ DTT phôi xây dựng gồm mơ-đun chính: máy ép thủy lực 125 tấn; khuôn thủy tĩnh; bơm cao áp CP 700; hệ thống đo kết nối máy tính Kết thực nghiệm so sánh với kết trường hợp MPS cho thấy sai số hình dạng, thơng số công nghệ nhỏ 5% Như vậy, mô hình tốn với điều kiện biên mơ đạt yêu cầu, hệ thống thực nghiệm xây dựng có độ tin cậy cao sử dụng để khảo sát ảnh hưởng yếu tố công nghệ hình học khn chương sau Chương NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 4.1 Giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm 4.2 Xác định yếu tố đầu vào đầu toán thực nghiệm Bảng Các yếu tố đầu vào đầu tốn Thơng số đầu vào Chiều sâu tương đối cối ℎ H* = ∗ 100 𝑑 Chiều dày tương đối phôi 𝑆 S*= 𝑜 ∗ 100 𝐷𝑜 H* = 22; 23; 26; 29 30 S* = 0.7; 0.73; 0.91; 1.09; 1.12 Thông số đầu Bán kính Rd = f(Qch,H*,S*) đáy sản phẩm (mm) Mức độ biến mỏng lớn sản phẩm γmax = f(Qch,H*,S*) 19 Áp suất chặn phôi Qch (bar) Qch = 76, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 119 bar Áp suất chất lỏng tạo hình Pth (bar) Pth = f(Qch,H*,S*) Một số hình ảnh sản phẩm thực nghiệm: Hình 4.1 15 thí nghiệm theo bảng ma trận thực nghiệm Sau thí nghiệm, tiến hành đo ta kết sau: Bảng Bảng kết đo No Rd (mm) Pth (bar) ɛ (%) 6.31 360 10.00 6.35 500 15.00 6.36 350 11.25 6.84 486 16.25 10.21 392 8.33 8.49 519 11.67 7.6 383 13.33 7.59 517 18.33 8.23 480 14.00 10 8.20 523 21.00 11 6.95 388 12.50 12 9.15 468 15.35 13 6.34 490 12.90 14 7.59 505 12.50 15 8.23 445 15.15 20 - Áp suất chặn – Qch (bar) ∈ {76; 80; 97.5; 115; 119} mã hóa ma trận thực nghiệm x1 - Chiều sâu tương đối cối H*- ∈ {22; 23; 26; 29; 30} (tương ứng với chiều sâu cối h = 16, 18, 20) mã hóa ma trận thực nghiệm x2 - Chiều dày tương đối S*- ∈ {0.7; 0.73; 0.91; 1.09; 1.12} (tương ứng với chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm) mã hóa ma trận thực nghiệm x3 Sử dụng quy hoạch trực giao cấp để nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ 4.3 Xây dựng mối quan hệ toán học thông số (Qch, H*, S*) (Rd, γmax, Pth) 4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến bán kính đáy Rd sản phẩm Sau tính tốn, hàm hồi quy với biến mã hóa có dạng: y= 7.31-0.39x1 + 0.43x2 + 1.6x3 - 0.57 x1x3 + 0.26 x2x3 + 0.42 x12 + 0.19 x22 + 0.31x32 (4.11) Để đánh giá ảnh hưởng yếu tố đầu vào, xét hàm số sau: Y1(x1,1,1) = 10,1 – 0,96x1 + 0,42x12 Y2(1, x2,1) = 8,68 +0,69x2 + 0,19x22 Y3(1, 1, x3) = 7,96 + 1,29x3 + 0,31x32 Dựa vào hệ số phương trình trên, nhận thấy bán kính đáy Rd phụ thuộc nhiều vào x3 (chiều dày tương đối phôi), sau đến x2 (chiều sâu tương đối cối) cuối x1 (áp suất chặn) Chuyển sang biến thực, thu phương trình sau: Rd = 0.0014 Qch2+0.0211H*2+9.568S*2–0.1306Qch–1.392H*– 3.962S*–0.181QchS*+ 0.4815H*S* + 28.496 (4.1*) Xét trường hợp cố định biến đầu vào, sử dụng Matlab vẽ đồ thị đường bình độ trường hợp Đồ thị đường bình độ biểu diễn hình 4.5 Các đồ thị đường bình độ khác trình bày tồn văn luận án 21 a) b) Hình Bán kính đáy sản phẩm áp suất chặn Qch = 80bar a- Đồ thị 3D; b- Đường bình đợ Nhận xét: Bán kính góc lượn đáy sản phẩm Rd phụ thuộc vào ba yếu tố xét (Qch, H*, S*) Chiều dày tương đối phôi S* tăng bán kính Rd tăng lên đáng kể Bán kính đáy Rd khơng phụ thuộc vào áp suất chặn cách đồng biến.Tồn giá trị Qch tối ưu để đạt Rd nhỏ trường hợp Chiều sâu tương đối H* tăng, bán kính đáy sản phẩm Rd tăng lên 4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số (Qch, H*, S*) đến mức độ biến mỏng lớn sản phẩm γmax Xác định phương trình hồi quy cho mức độ biến mỏng lớn sau: γ max = y = 14.91 +2.62x1 + 1.57x2+ 1.46x2x3 – 1.47x32 (4.12) Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đầu vào, xét: y1(x1,1,1) = 16.47 + 2.62 x1 y2(1,x2,1) = 16,06 + 3,03 x2 y3(1,1,x3) = 19,1 + 1.46 x3 - 1.47 x32 Dựa vào hệ số ba phương trình trên, yếu tố chiều sâu tương đối cối H* ảnh hưởng nhiều tới γmax, sau đến áp suất chặn Qch cuối chiều dày tương đối phôi S* Chuyển sang biến thực (Qch, H*, S*) thu kết sau: γmax = 13.08+0.15Qch-1.94H*+2.7H*S*-45.37S*2+12.37S* 22 (4.2*) Xét trường hợp cố định biến trên, có nhận xét sau: - Mức độ biến mỏng lớn γmax phụ thuộc vào yếu tố xét (Qch, H*, S*) - Mức độ biến mỏng lớn γmax đồng biến với chiều sâu tương đối cối H* - Mức độ biến mỏng lớn γmax tăng áp suất chặn Qch tăng - Mức độ biến mỏng lớn γmax bị ảnh hưởng chiều dày tương đối phôi S* 4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đầu vào đến áp suất chất lỏng tạo hình Pth 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 -2.66x32 (4.13) Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đầu vào, xét: Y1(x1,1,1) = 477.84 + 64x1 – 25.87 x12 Y2(1,x2,1) = 531,57 – 5.64 x2 – 9.96 x22 Y3(1,1,x3) = 511,63 + 17 x3 – 12.66 x32 Nhận thấy áp suất tạo hình phụ Pth thuộc nhiều vào áp suất chặn (x1), sau đến chiều dày tương đối phôi (x3) cuối chiều sâu tương đối cối (x2) 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*) Xét trường hợp cố định trên, có nhận xét sau: - Áp suất tạo hình Pth phụ thuộc vào ba yếu tố xét (Qch, H*, S*) - Áp suất tạo hình Pth tăng áp suất chặn Qch tăng - Nhìn chung áp suất tạo hình Pth tăng chiều dày tương đối S* tăng - Nhìn chung chiều sâu tương đối cối tăng lên nhiều áp suất tạo hình Pth giảm, diện tích vành phơi khn có 23 chiều sâu cao nhỏ khn có chiều sâu thấp Kết luận chương - Các phương trình (4.1*), (4.2*) (4.3*) cho phép đánh giá ảnh hưởng yếu tố đầu vào (Qch, H*, S*) đến giá trị yếu tố đầu (Pth, Rd, γmax) Mức độ ảnh hưởng yếu tố đầu vào tới yếu tố đầu khác Các phương trình cho phép lựa chọn thông số hợp lý để sản phẩm đạt bán kính nhỏ nhất, mức độ biến mỏng nằm khoảng cho phép áp suất tạo hình phù hợp KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung: Đã xác định miền giá trị áp suất chặn phơi Qch = (80 ÷ 115) bar để đảm bảo tạo hình chi tiết cốc trụ với kích thước chiều sâu tương đối cối H* = 23; 26; 29 chiều dày tương đối phôi S* = 0.73; 0.91; 1.09, đồng thời xây dựng mối quan hệ Qch thông số khác áp suất chất lỏng tạo hình Pth, mức độ biến mỏng lớn phôi γmax bán kính góc lượn đáy sản phẩm Rd Miền giá trị áp suất chặn đảm bảo không xảy nhăn, rách sản phẩm nhận định miền làm việc áp suất tạo hình sở quan trọng việc xây dựng hệ thống thí nghiệm phù hợp; Xây dựng thành công hệ thống thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam; Kết kiểm chứng cho thấy phù hợp kết mô thực q trình thực nghiệm Điều chứng tỏ liệu sử dụng trình MPS hợp lý; đồng thời hệ thống thực nghiệm xây dựng đảm bảo tin cậy Dựa vào quy hoạch thực nghiệm, xác định quy luật ảnh hưởng yếu tố áp suất chặn Qch, chiều sâu tương đối cối H* chiều dầy tương đối phơi S* tới yếu tố áp suất tạo hình Pth, bán kính đáy sản phẩm Rd mức độ biến mỏng sản phẩm γmax thông qua phương trình tốn học: Rd = 0.0014 Qch2+0.0211H*2+9.568S*2–0.1306Qch–1.392H*– 3.962S*–0.181QchS*+ 0.4815H*S* + 28.496 (4.1*) γmax = 13.08+0.15Qch-1.94H*+2.7H*S*-45.37S*2+12.37S* (4.2*) 24 Pth = -0.08 Qch2 + 19.26 Qch -390.74S*2 + 817.31 S* - 1.11 H*2 + 55.84 H* - 1739.98 (4.3*) Qua phương trình hồi quy (4.1*, 4.2*, 4.3*) cho thấy: - Yếu tố chiều dày tương đối phơi S* có ảnh hưởng nhiều tới việc hình thành bán kính đáy sản phẩm Rd, tiếp đến yếu tố chiều sâu tương đối cối H*, cuối áp suất chặn Qch Bán kính đáy Rd nhỏ chiều dày tương đối phôi giảm, chiều sâu tương đối cối giảm áp suất chặn phôi đạt giá trị hợp lý - Mức độ biến mỏng lớn γmax phụ thuộc nhiều vào yếu tố chiều sâu tương đối cối H*, sau đến yếu tố áp suất chặn Qch cuối chiều dày tương đối phôi S* - Yếu tố áp suất chặn Qch ảnh hưởng nhiều tới giá trị áp suất chất lỏng tạo hình Pth, yếu tố chiều dày tương đối phôi S* cuối chiều sâu tương đối cối H* Kết luận án đóng góp vào sở khoa học chuyên ngành Gia cơng áp lực nói chung cơng nghệ DTT phơi nói riêng Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết, mơ số thực nghiệm áp dụng cho nghiên cứu khác đạt độ tin cậy cao Các kết nghiên cứu từ MPS thực nghiệm tạo sở tiền đề cho việc áp dụng triển khai công nghệ DTT phôi công nghiệp ôtô, sản xuất hàng tiêu dùng, dụng cụ y tế, quốc phòng, … Với phương pháp này, nhà kỹ thuật lựa chọn thông số công nghệ hợp lý, phù hợp với yêu cầu sản xuất cách nhanh Hướng phát triển đề tài: Mở rộng nghiên cứu công nghệ DTT cho nhiều loại vật liệu khác Nghiên cứu ảnh hưởng dạng cối tạo hình phức tạp khác tới khả tạo hình vật liệu cối nhiều tầng đáy, biên dạng miệng cối có nhiều góc lượn lồi lõm 3, Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát phương pháp nhằm lực ma sát vành phôi Nghiên cứu phát triển hệ thống chặn có điều khiển để đảm bảo phơi kéo vào lòng cối phù hợp với mức độ tốc độ biến dạng DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Đắc Trung (2013) Nghiên cứu ảnh hưởng bán kính góc lượn cối nhỏ đến khả tạo hình phôi phương pháp dập thủy tĩnh Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI Thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2013 Nguyen Thi Thu, Nguyen Dac Trung, Le Trung Kien (2014) Research on the relationship between fluid pressure and ratio a/b (length/width) during sheet hydrostatic forming of rectangular box part RCMME 2014 9th-10th October 2014, HUST, Hanoi, Vietnam Dinh Van Duy, Tran Anh Quan, Nguyen Thi Thu, Nguyen Dac Trung, Le Trung Kien (2015) Research on the hydrostatic forming to produce complex sheet parts in cars Vietnam Mechanical Engineering Journal, ISSN 08667056, No 1-2 Jan-Feb/2015, pp 242-250 Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Đắc Trung (2015) Mối quan hệ thơng số hình học khn dập thủy tĩnh chi tiết trụ bậc từ phôi Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XII Đại học Duy Tân, TP Đà Nẵng, 6-7/8/2015 Nguyen Thi Thu*, Nguyen Dac Trung, Le Trung Kien (11/2017) Establish experimental system of sheet metal hydrostatic forming for stepped cylinder Journal of Science and Technology – No.122 Nguyen Thi Thu*, Nguyen Dac Trung (11/2017) Research on the influence of varying blank holder force on product quality in sheet hydrostatic forming.Journal of Science and Technolog – No.122 Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Đắc Trung, Lê Trung Kiên (12/2017) Giải pháp làm kín bơi trơn dập thủy tĩnh phơi Tạp chí Khoa học Công nghệ - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Số 43 Nguyen Thi Thu*, Nguyen Dac Trung (2018) Research on relationships between fluid pressure and technological parameters, shape of cylindrical part in hydro static forming Journal of Science and Technology- No.127 Nguyễn Thị Thu*, Nguyễn Văn Thành, Đinh Văn Duy (8/2018) Ứng xử khác vật liệu đồng thép dập thủy tĩnh phơi Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Số 47 10 Lại Đăng Giang, Nguyễn Thị Thu (8/2018) Ứng dụng phương pháp Taguchi nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến bán kính đáy sản phẩm dập thủy tĩnh Tạp chí Viện Khoa học Cơng nghệ Quân Sự Số 56 11 Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Văn Thành (10/2018) Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến mức độ biến mỏng sản phẩm q trình dập thủy tĩnh phơi Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V - VCME2018 ... thước hình học cối đến khả tạo hình dập thủy tĩnh phơi tấm trọng tâm mục tiêu nghiên cứu luận án Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án • Mục đích luận án Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số. .. số thông số công nghệ kích thước hình học cối đến khả tạo hình dập thủy tĩnh phơi • Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng cụ thể: chi tiết dạng trụ hình 1.26 Phạm vi nghiên cứu giới hạn... có số cơng trình nghiên cứu cơng nghệ DTT, nhiên để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất cần phải có nghiên cứu chuyên sâu để làm chủ cơng nghệ Do Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ kích thước