Nghiên cứu công nghệ dập khối chi tiết truyền động từ phôi ống tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN THỊ HÀ LINH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG TỪ PHÔI ỐNG Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành 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 20… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Trên giới công nghệ dập tạo hình khối ứng dụng rộng rãi để sản xuất chi tiết khí, đặc biệt chi tiết truyền động.Các dạng chi tiết truyền động chế tạo công nghệ dập khối đa dạng phong phú bánh răng, khớp nối, Hiện nay, hầu hết chi tiết truyền động dập khối từ phôi đặc Nhưng thực tế nhiều chi tiết có dạng rỗng Như vậy, chi tiết rỗng, tạo hình từ phơi đặc lãng phí vật liệu, dập khối chi tiết từ phơi ống Khi dập khối chi tiết dạng trụ rỗng thường qua nguyên công sơ chồn Việc chồn phơi ống thường khó khăn phơi ống dễ bị ổn định, mức độ biến dạng nhỏ Vì vậy, việc đặt mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình học phơi ống, hình dạng dụng cụ gia cơng đến khả tạo hình sản phẩm ngun cơng II Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu - Xây dựng phương pháp xác định thời điểm ổn định trình hình thành khuyết tật gấp chồn phôi ống - Thiết lập mối quan hệ mức độ biến dạng, lực chồn phụ thuộc vào thơng số hình học phơi khn điều kiện phôi không xuất khuyết tật gấp dựa mô số kết hợp với thực nghiệm - Đánh giá khả ứng dụng chồn ống công nghệ dập khối để chế tạo bánh liền trục rỗng Đối tượng phạm vi nghiên cứu nghiên cứu - Nghiên cứu thực với thép C45 - Miền giá trị thơng số hình học ban đầu phôi ống (H0/D0 = 0,4 đến 1,0 S0/D0 = 0,2 đến 0,35; H0 - chiều cao phần phơi ống chồn, D0 - đường kính ngồi phôi ống, S0 - chiều dày phôi ống) Chày ép có đáy phẳng cơn, góc nghiêng đáy chày α = 0o đến 20o - Nghiên cứu trình biến dạng đảm bảo không xuất khuyết tật gấp dựa mô số thực với phần mềm Deform3D, III Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với mô thực nghiệm IV Ý nghĩa đề tài Ý nghĩa khoa học - Đã đưa phương pháp xác định xác thời điểm ổn định xuất khuyết tập gấp chồn phôi ống, xây dựng miền giá trị mức độ biến dạng lực chồn phụ thuộc thơng số hình học phơi ống ban đầu (tỉ lệ H0/D0; S0/D0) hình dạng đầu chày ép (góc nghiêng đáy chày α) - Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm thiết lập mối quan hệ toán học mức độ biến dạng lực chồn với thơng số hình học phơi ống ban đầu (tỉ lệ H0/D0; S0/D0) hình dạng đầu chày ép (góc nghiêng đáy chày α) đảm bảo chất lượng phôi sau chồn (không có khuyết tật) Ý nghĩa thực tiễn - Kết luận án dùng cho việc xây dựng hệ thống thiêt bị, khuôn đồ gá để triển khai ứng dụng công nghệ chồn phôi ống chi tiết truyền động dạng bánh liền trục rỗng phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế Việt Nam, giảm chi phí thiết kế tối ưu hóa cơng nghệ sản xuất thử nghiệm - Luận án dùng làm tài liệu tham khảo cho đào tạo nghiên cứu lĩnh vực chuyên ngành kỹ thuật vật liệu chế tạo máy V Các điểm luận án - Đưa tốn chồn đầu từ phơi ống để phục vụ cho nguyên công dập khối Sử dụng phương pháp mô số phần mềm Deform để xác định mức độ biến dạng (ε) lực chồn (P), qua q trình biến dạng tạo hình từ phơi ống xuất khuyết tật gấp ổn định chồn - Xây dựng hệ thống trang thiết bị thí nghiệm đảm bảo cho q trình thực nghiệm chồn phơi ống Kết thực nghiệm kiểm chứng trường hợp điển hình so sánh đối chiếu với kết mô số, cho thấy phù hợp mơ thực nghiệm - Xây dựng mơ hình tốn học thể ảnh hưởng thơng số đầu vào: H0/D0, S0/D0 α tới mức độ biến dạng (ε) lực chồn (P) Đưa đồ thị 3D biểu diễn thụ thuộc mức độ biến dạng (ε) lực chồn (P) vào thơng số H0/D0, S0/D0 α VI Nội dung luận án Chương 1: Tổng quan chồn công nghệ dập khối chi tiết từ phôi ống Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích cơng nghệ chồn từ phơi ống Chương 3: Nghiên cứu q trình chồn cục phôi ống nhờ mô số Chương 4: Thực nghiệm kiểm chứng kết mô Chương 5: Xây dựng mơ hình tốn học thể ảnh hưởng thơng số hình học phơi khn đến mức độ biến dạng lực tạo hình chồn ống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHỒN TRONG CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI CHI TIẾT TỪ PHÔI ỐNG 1.1 Khái quát chi tiết truyền động Các chi tiết dạng bánh răng, trục truyền lực, khớp nối, trục khuỷu… xuất phổ biến hệ thống, thiết bị, hộp số, cụm chi tiết truyền động khí 1.2 Khái quát công nghệ dập khối chế tạo chi tiết truyền động 1.2.1 Dập khối Hình 1.1 Các chi tiết truyền động dạng trục rỗng Để tiết kiệm vật liệu lượng, đề xuất nghiên cứu công nghệ dập chi tiết dạng rỗng từ phôi rỗng.Tuy nhiên, việc chồn phôi ống không đơn giản phôi ống dễ bị ổn định, đặc biệt trạng thái nóng 1.2.2 Ngun cơng chồn cơng nghệ dập khối Chồn không thực với phôi đặc, phơi rỗng hồn tồn chồn để tạo phôi trung gian cho nguyên công nâng cao tính sản phẩm Hình 1.2 Sơ đồ nguyên công chồn phôi rỗng a)bôi trơn tốt b) bôi trơn Ứng suất biến dạng trường hợp chồn khơng có ma sát, tương ứng với trường hợp nén đơn.Trong thực tế tồn ma sát phôi dụng cụ gia công Trạng thái ứng suất theo trở thành trạng thái ứng suất nén khối Với hướng thớ hình vịng cung theo chiều dọc phơi có tác dụng nâng cao độ bền cho sản phẩm sau dập Hình 1.3 Hướng thớ kim loại sau chồn 1.3 Các nghiên cứu ngồi nước cơng nghệ chồn 1.3.1 Các nghiên cứu nước ngồi 1.3.1.1 Cơng nghệ chồn Tác giả Aydin Tuzun phát triển công nghệ chồn cho chi tiết dạng ống [20], Hình 1.4 Chồn cục từ phôi ống 1.3.1.2 Vật liệu Tất vật liệu kim loại, hợp kim dùng chế tạo máy, có tính dẻo áp dụng thích hợp với công nghệ chồn 1.3.1.3 Thiết kế bước công nghệ phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm chồn Trong nghiên cứu [20]và phát minh phương pháp thiết kế tạo hình chi tiết ống [25]–[30]có đưa dạng chồn cục từ phơi ống hình Hình 1.5 Các dạng chồn cục từ phôi ống 1.3.1.4 Trạng thái ứng suất, biến dạng lực 1.3.1.5 Ảnh hưởng ma sát Kết nghiên cứu chồn phôi ống A Erman Tekkaya cho thấy, hệ số ma sát tăng, phôi chồn phình tang trống [50] Hình 1.6 Hình ảnh chồn ống thép có ma sát 1.3.1.6 Dịng chảy kim loại Từ công nghệ mô số ứng dụng rộng rãi, hầu hết nghiên cứu dòng chảy kim loại tính tốn mơ [53],[54], Hình 1.7 Hướng dịng chảy kim loại chồn có ma sát[55] 1.3.1.7 Các dạng sai hỏng chồn Hình Nứt vỡ tế vi lịng phơi chồn Hình 1.9 Nứt vỡ chồn đầu mũ bu lơng T Schiemann M Liewald nghiên cứu q trình chồn ống khn có lõi để hạn chế kim loại chảy hướng vào tâm [57], [58] Kết nghiên cứu cho thấy ổn định vùng chồn cuối tạo vết gập (gọi khuyết tật gấp) Hình 10 Khuyết tật gấp chồn phơi ống khn có lõi 1.3.1.8 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ phôi chồn làm thay đổi trạng thái tiếp xúc phôi dụng cụ gia công, làm tăng ma sát, tăng biến dạng không đồng lại giảm lực chồn nhiệt độ tăng lên, ứng suất chảy kim loại giảm đáng kể [61]–[63] 1.3.1.9 Thiết bị, khuôn chồn Các nghiên cứu [28],[29],[68] việc sử dụng khn có biên dạng lõm hay lỗi làm thay đổi dịng chảy kim loại có tác dụng tạo hướng chảy thuận lợi, tránh ổn định phơi 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước Tác giả Nguyễn Quang Thắng nghiên cứu trình chồn phơi thép ống dựa mơ số [69] Hình 1.11 Mất ổn định chồn phơi ống thép Tác giả Trịnh Minh Tân nghiên cứu công nghệ chồn cục phôi ống nhôm trạng thái nguội để tạo hình chi tiết ống phóng sử dụng quốc phịng Hình 1.12 Khn sản phẩm chồn cục ống nhơm phục vụ cơng nghiệp quốc phịng KẾT LUẬN CHƯƠNG - Kết nghiên cứu, phân tích tài liệu tham khảo cho thấy ảnh hưởng hình dáng chi tiết, phương pháp thiết kế cơng nghệ, thông số công nghệ nhiệt độ, ma sát tiếp xúc, mức độ biến dạng đến khả chồn phôi ống chất lượng sản phẩm trung gian sau chồn Xác định giới hạn phạm vi nghiên cứu luận án với nội dung sau: Nghiên cứu xác định thời điểm ổn định phôi phôi ống để tránh khuyết tật gấp xuất phơi Nghiên cứu ảnh hướng kích thước phơi đến khả chồn hình thành khuyết tật gấp ổn định.Thiết lập mơ hình chồn phơi ống để phù hợp với công nghệ dập khối khn kín Ứng dụng mơ số thực nghiệm để khảo sát trình chồn ống trạng thái nóng Phát triển hình dạng chày chồn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ CHỒN TỪ PHÔI ỐNG 2.1 Ứng suất biến dạng trình chồn Xem xét ứng suất, biến dạng chồn phơi ống dựa sơ đồ đây: Hình 2.1 Sơ đồ chồn ống Hình 2.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý nguyên công chồn phôi ống trụ khơng có ma sát Nếu chồn có ma sát, sản phẩm sau chồn có dạng tang trống Hình 2.2 Phân bố ứng suất bề mặt tiếp xúc chồn phôi ống trường hợp không ma sát có ma sát Biến dạng tốn chồn ln có trạng thái khối, z biến dạng nén, biến dạng lại r  biến dạng kéo Các giá trị biến dạng khác tốn chồn có ma sát khơng ma sát bề mặt tiếp xúc phôi-khuôn Khảo sát sơ đồ chồn ống (Hình 2.3), giả định tồn mặt có bán kính RK ranh giới phân tách phơi thành hai vùng Trong vùng biến dạng phía đường kính ngồi vùng biến dạng vào bên Hình 2.3 Sơ đồ xác định biến dạng phôi ống Biến dạng vùng I tính sau: ur1  RK2  z     r 1  1    r  r   h  u  R   z     r1   r 1  K2  1    r  r  h     z2   z1  ( r1    )   1     h    r1  RK2  z   1    r   h2    R   z      1  K2  1     r   h    z2    z    1    h      r   1  Như Ta có tổng cơng biến dạng sau: R   A  Ph   s h RK2  E  n C  h   Lực chồn P = p𝜋( 𝑅 − 𝑅𝑛2 ) với p áp lực riêng bề mặt tiếp xúc p s  R  R2  K  E  n C  h  R  Rn  2.2 Chồn phơi trạng thái nóng Đối với vật liệu thép, thường chồn trạng thái nóng, nhiệt độ kết tinh lại nhiệt độ bắt đầu chồn từ 1100oC đến 1200oC, sau kết thúc trình chồn, phôi cần đủ nhiệt độ để tiếp tục tạo hình với ngun cơng hồn thiện dập khối 2.3 Ma sát bề mặt tiếp xúc phôi - khuôn Nếu bôi trơn tốt chồn, hệ số ma sát nhỏ 0,2 phơi ống bị chồn có xu hướng biến dạng theo chiều hướng tăng đường kính ngồi đường kính khơng giảm Nếu bôi trơn không tốt số ma sát lớn 0,2 phơi chồn khơng tăng đường kính ngồi mà cịn giảm đường kính Hình 2.4 Chồn phơi ống với hệ số ma sát nhỏ (m0,2) Việc giảm ma sát bề mặt tiếp xúc cần thiết để đảm bảo phôi biến dạng đồng Trong q trình chồn sử dụng chất bơi trơn graphit bột thủy tinh nhằm giảm ma sát [9] Dựa vào phân tích tốn học, phân tích phần tử hữu hạn, tính tốn mơ số cho phép xác định thời điểm xuât ổn định gây khuyết tật lượng tạo hình tương ứng thời điểm Hình 2.12 Bài toán tiếp xúc Thuật toán xây dựng để xác định thơng số q trình cách tìm biến véc tơ b thời điểm xuất ổn định sau: Φ(𝑏) = 𝜆1 Φ𝑚𝑎𝑡 𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑛ℎ + 𝜆2 Φ𝑏𝑑𝑑𝑒𝑜 đạt giá trị nhỏ (𝑏) ≤ 0, 𝑗 = 1, … , 𝑁𝑔 𝑏 ≤ 𝑏 ≤ 𝑏 (2.56) Hình 2.13 Các điểm khảo sát Khi thực tính tốn, ta khảo sát điểm tương ứng xác định giá trị, phương chiều véc tơ b suốt trình biến dạng KẾT LUẬN CHƯƠNG Biến dạng không đồng phôi ống chồn xuất lực ma sát bề mặt tiếp nguyên nhân gây ổn định phôi nhanh lực nén không theo hướng dọc trục Dựa đặc điểm biến dạng phơi ơng (phân bố dịng chảy, véc tơ vận tốc hay lưới biến dạng) thiết lập điều kiện để xác định thời điểm ổn định phôi ống gây nên khuyết tật gấp Việc xác định q trình biến dạng ổn định phơi ống từ thời điểm bắt đầu ép đến thời điểm bắt đầu xuất ổn định cho phép người thiết kế công nghệ lựa chọn phôi, số nguyên công phù hợp, để từ tối ưu qui trình công nghệ Dựa yêu cầu phôi trung gian dạng chi tiết bánh liền trục rỗng, chương xây dựng mơ hình tốn chồn ống với thông sô công nghệ đặc trưng dập khối trạng thái nóng nhiệt độ, hệ số ma sát tiếp xúc… 11 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CHỒN CỤC BỘ PHƠI ỐNG NHỜ MƠ PHỎNG SỐ Dải kích thước phơi tỷ lệ kích thước chia theo mức sau: H0/D0 =0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0và S0/D0 = 0,2 ; 0,25 ; 0,3 ; 0,35 Dải kích thước chày (độ nghiêng đáy chày) = 00 ; 50 ; 100 ; 150 ; 200 Kết tính tốn mơ xác định mức độ biến dạng (tỷ số chồn)  lực chồn P 3.1 Ứng dụng mô số 3.2 Các bước thiết lập tốn mơ số 3.3 Mơ số q trình chồn phơi ống 3.4 Khảo sát xác định thời điểm ổn định hình thành khuyết tật gấp chồn Một số thời điểm biến dạng quan trọng chồn phôi ống theo hành trình chày thể Hình 3.5 Như vậy, dựa lưới biến dạng, xác định thời điểm bắt đầu xuất khuyết tật gấp,Vị trí gấp tiếp tục lớn dần đường sinh phía bên trên, bên phơi ơng chập vào hình thành khuyết tật gấp Hình 3.1 Quá trình biến dạng phôi ống chồn Việc xác định thời điểm phôi bắt đầu ổn định dựa phân bố lưới biến dạng phân bố dòng chảy kim Hình 3.2 Đồ thị vận tốc P1, P2, P3, P4, P5 theo phương Z phương Y 12 Hình 3.3 Đồ thị chuyển vị P1, P2, P3, P4, P5 theo phương X Z Hình 3.4 Đồ thị chuyển vị P1, P2, P3, P4, P5 theo phương Hình 3.5 Vị trí chất điểm P1, P2, P3, P4, P5 theo phương Z Trên đồ thị vận tốc theo phương khảo sát Z Y thời điểm step 26 (bước 26) thấy nhảy bậc vận tốc chất điểm thể rõ Vì vậy, thời điểm step 26 coi kết thúc trính biến dạng đồng phôi Từ bước 60 trở đi, kim loại bị chảy rối, phía phơi ống khuyết tật gấp lan dần Đến bước số 81, vết gập hính thành rõ ràng phơi Các điểm từ P1 đến P5 chập vào nhau, nằm đường ngang Điều nhận thấy qua đồ thị Hình 3.8 3.9 Hình 3.6 Phân bố nhiệt độ Phân bố nhiệt độ Hình 3.13 cho thấy phơi bị nhiệt vị trí tiếp xúc với khuôn Tuy nhiện nhiệt độ phôi sau chồn đạt 1080oC, đảm bảo cho việc dập nguyên công 13 Việc sử dụng lõi khơng giúp nhiều cho q trình cơng nghệ thực tiễn Hình 3.7 Chồn cục ống có lõi Việc xác định thời điểm phôi đạt mức độ biến dạng lớn ngồi điều kiện khơng ổn định, hình thành khuyết tật gấp cịn đảm bảo điều kiện để phù hợp với nguyên công tạo hình sau: S1/S0 ≥ 1,4 d1/d0 ≥ 0,8, với S1, d1 tương ứng chiều dày phơi đường kính phơi ống sau chồn Các kết hình ảnh mơ trình bày chi tiết Phụ lục luận án 3.4.1 Kết khảo sát với H0/D0 =0,4 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,2 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,35 Hình 3.8 Phân bố biến dạng H0/D0 = 0,4 Chiều cao tương đối phôi ống nhỏ nên q trình biến dạng khơng xảy tượng ổn đinh, không xuất khuyết tật gấp Bảng 3.1 Kết mức độ biến dạng lực ép H0/D0 = 0,4 TT H0/D0 S0/D0 0,4 0,4 0,4 0,4 0,2 0,25 0,3 0,35 H0 (mm) 16 16 16 16 D0 (mm) 40 40 40 40 S0 (mm) 10 12 14 ε (%) P (Tấn) 41,9 43,2 51,9 51,6 18,1 23,1 33,6 37,5 3.4.2 Kết khảo sát với H0/D0 =0,6 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,2 Phân bố biến dạng S0/D0 =0,35 Hình 3.9 Phân bố biến dạng α = 0o; H0/D0 = 0,6 14 3.4.3 Kết khảo sát với H0/D0 = 0,8 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,2 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,35 Hình 10 Phân bố biến dạng H0/D0 = 0,8 3.4.4 Kết khảo sát với H0/D0 = 1,0 Khi S0/D0 ≤ 0,25, khả chồn ổn định phôi giảm rõ rệt đạt 30% Khi S0/D0 ≥ 0,3, 0,35 phôi biến dạng tốt không bị ổn định không xuất khuyết tật gấp Phân bố biến dạng S0/D0 =0,2 Phân bố biến dạng S0/D0 = 0,35 Hình 11 Phân bố biến dạng H0/D0 = 1,0 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng thông số hình học phơi tới mức độ biến dạng lực tạo hình 3.4.5.1 Ảnh hưởng tỉ số H0/D0 tới mức độ biến dạng lực chồn Hình 3.12 Quan hệ mức độ biến dạng chiều cao tương đối phơi ống H0/D0 Hình 3.13Quan hệ lực chồn chiều cao tương đối phôi ống H0/D0 Mức độ biến dạng lớn phôi thời điểm phôi ống chưa bị ổn định phụ thuộc vào H0/D0 tức phụ thuộc vào chiều cao 15 tương đối phôi, cụ thể chiều cao tương đối tăng, mức độ biến dạng đồng giảm 3.4.5.2 Ảnh hưởng tỉ số S0/D0 tới mức độ biến dạng lực chồn Hình 3.14 Quan hệ mức độ biến dạng chiều cao tương đối phơi ống S0/D0 Hình 3.15Quan hệ lực chồn chiều cao tương đối phơi ống S0/D0 Lực ép có mối quan hệ đồng biến với chiều dày tương đối phôi theo dạng hàm số mũ Chiều dày tương đối lớn, biến dạng dễ dàng hơn, không xảy ổn địn 3.5 Khảo sát q trình chồn phơi ống với chày 3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng góc nghiêng chày tới mức độ biến dạng lực tạo hình Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng góc α tới mức độ biến dạng Khi H0/D0 = 0,4÷0,6 S0/D0 < 0,3 phôi dễ ổn định chiều dày tương đối phôi nhỏ H0/D0 > 0,6 S0/D0 = 0,3÷0,35 phơi dễ ổn định cho chiều cao tương đối phôi lớn Sử dụng chày có đáy nghiêng từ 5÷150 phù hợp phơi có dài kích thước 16 Hình 17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng góc α tới lực ép Khi H0/D0 = 0,8÷1,0 S0/D0 = 0,2÷0,25 phơi dễ bị ổn định chồn Nếu sử dụng chày đế mức độ biến dạng đạt khoảng 30% Nhưng sử dụng chày có đáy nghiêng, hiệu tạo hình nâng lên rõ rệt, mức độ biến dạng cho phép đạt từ 40% trở lên đảm bảo yêu cầu việc tạo hình phơi trung gian Dải phơi có kích thước nên lựa chọn chày có đáy nghiêng từ 10-150 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã thiết lập tốn mơ số với điều kiện biên tương tự trình dập nóng thực tế Dựa kết mô phỏng, khảo sát điểm liên tiếp nằm đường sinh bên phôi ống Từ đặc điểm chuyển vị, lưới biến dạng véc tơ vận tốc chất điểm tính tốn giai đoạn biến dạng đồng phôi trước bị ổn định Đã xác định miền giá trị thơng số hình học phơi ban đầu với H0/D0 = 0,4÷0,6; S0/D0 = 0,3÷0,35 đáp ứng mức độ biến dạng cho phép từ 40% trở lên phôi không bị ổn định Nếu H0/D0 = 0,8÷1,0; S0/D0 = 0,2÷0,25 phơi dễ ổn định chồn, mức độ biến dạng lớn đạt từ 25÷35% làm hạn chế khả công nghệ chồn ống Sử dụng chày có đáy nghiêng với góc nghiêng từ 5o÷20o cho phép giảm thiểu ổn định, nâng cao khả biến dạng lên 1,5 lần Trong trường hợp khảo sát, góc nghiêng từ 515o phù hợp 17 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG VÀ KẾT QUẢ 4.1 Hệ thống thực nghiệm trình chồn chi tiết từ phơi ống Hệ thống thí nghiệm xây dựng gồm mô đun, thành phần sau: - Máy ép trục khuỷu - Lị nung phơi - Khuôn chồn - Hệ thống cảm biến đo lực, hành trình thời gian - Hệ thống thu nhân tín hiệu, xử lý tín hiệu kết nối máy tính - Xử lý liệu, trích xuất kết dạng đồ thị nhờ phần mềm chuyên dụng cài đặt máy tính Kết nối hệ thống thực nghiệm Lắp ráp khn hồn chỉnh (khn trên, khn dưới, khn trung gian, cảm biếm), sau định vị, kẹp chặt đầu trượt bàn máy máy ép trục khuỷu FCP- 160 Cảm biến đặt khuôn trung gian kẹp chặt với cụm khuôn Cảm biến kết nối thông qua hệ thống cáp nối dây dẫn với mô đun khác hệ thống khn thiết bị đo Hình 4.1 Hệ thống thực nghiệm 4.2 Thực nghiệm kết thực nghiệm 4.2.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm 18 4.2.2 Kết thực nghiệm đối sánh b) Mô a) Thực nghiệm Hình 4.2 Sản phẩm H0/D0 =1,0; S0/D0 = 0,25 α = 10o b) Mô a) Thực nghiệm Hình 4.3 Sản phẩm H0/D0 = 1,0; S0/D0 =0,2 α = 0o b) Mô a) Thực nghiệm Hình 4.4 Sản phẩm H0/D0 =0,6; S0/D0=0,3 α = 0o b) Mô a) Thực nghiệm Hình 4.5 Đồ thị lực chồn H0/D0 = 1,0; S0/D0 = 0,25 α = 10o a) Thực nghiệm b) Mơ Hình 4.6 Đồ thị lực chồn H0/D0 =0,6; S0/D0 =0,3 α = 0o 19 Bảng 4.1 So sánh kết thực nghiệm mô TT H0/D0 S0/D0 αo Pmax Thực nghiệm (tấn) Pmax Mô (tấn) 10 0,6 1,0 0,6 0,8 0.6 1,0 0,6 0,8 0,6 0,8 0,3 0,2 0,3 0,2 0,3 0,25 0,3 0,25 0,3 0,25 0 5 10 10 15 15 20 20 30,2 11,9 30,3 13,2 31,2 16,3 31,7 18,5 26,1 15,9 31,4 12,1 31,8 13,3 32,6 16,4 33,3 19,1 24,9 16,6 Sai số mô thực nghiệm(%) 3,8 1,7 4,7 0,8 4,3 0,6 4,8 3,1 4,6 4,2 Thực so sánh thực nghiệm mô phôi nằm dải chiều cao tương đối lớn chiều dày tương đối nhỏ, phôi dễ ổn định chồn, góc đáy chày thay đổi từ 5o-20o thấy được: - Phơi bắt đầu xuất ổn định mức độ ép - Biên dạng bên bên hoàn toàn tương tự nhau, đặc biệt dạng đường sinh bên ống có dạng lõm giống nhau, vị trí xuất đáy lõm trùng - Biên dạng phình tang trống giống - Chiều dày phần phình trang trống tương đương Từ nhận định rằng, điều kiện thiết lập mô số phù hợp với thông số công nghệ thực nghiệm Qua so sánh trình chồn chi tiết từ phôi ống mô thực nghiệm cho thấy có lực tạo hình trường hợp nhỏ 5%, sai số trung bình qua 10 lần thực nghiệm trường hợp khác 2,44% KẾT LUẬN CHƯƠNG Việc thực nghiệm kiểm chứng độ tương hợp tính xác kết mô tiến hành thông qua xây dựng hệ thống thực nghiệm tiến hành dập tạo hình với trường hợp phơi có kích thước hình học (tỉ số H0/D0 S0/D0) chày có góc nghiêng (α) khác Hệ thống thực nghiệm xây dựng gồm máy dập, khuôn thiết bị đo, xử lý số liệu tích hợp với khơng phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu mà phù hợp với thực tế sản xuất 20 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC THỂ HIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ HÌNH HỌC PHƠI VÀ KHN ĐẾN MỨC ĐỘ BIẾN DẠNG VÀ LỰC TẠO HÌNH TRONG CHỒN ỐNG 5.1 Thiết kế thực nghiệm (Taguchi) 5.2 Phân tích phương sai (Anova) 5.3 Phân tích ảnh hưởng mức phù hợp thơng số hình học phơi khn tối mức độ biến dạng lực tạo hình 5.3.1 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp thơng số hình học phơi (tỉ số H0/D0; S0/D0) góc nghiêng chày (α) tới mức độ biến dạng Hình 5.1 Biểu đồ phân mức yếu tố H0/D0, S0/D0 α cho mức độ biến dạng Hình 5.2 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố H0/D0, S0/D0 α tới mức độ biến dạng Yếu tố ta thấy yếu tố ảnh hưởng lớn tới mức độ biến dạng S0/D0 (45%) H0/D0 (34%) góc nghiêng chày (21%) Mơ hình tốn học hàm đa thức phù hợp Theo phương pháp bình phương nhỏ ta có phương trình hồi quy sau: 3  H0   S0   H  S0   - 13976    0.0034   - 21,2196   D D  0  0  D0  D0   44.5465  2 (5.19) S  H  S  H 6.4973    - 0.0864   - 95.3685    11454    D0  D0   D0   D0  H0 S0 0.0412    63.2695 - 3012,9 - 0.3437.  286,8105 D0 D0 Giá trị sai số trung bình mơ thực nghiệm 3,2%, mức độ biến dạng mô thực nghiệm không vượt 5% Sai số trung bình mức độ biến dạng kết hồi quy thực nghiệm 1,2%, sai số không vượt 2,5 % 21 Hệ số hồi quy R2 =0,98 hệ số F= 1,5992 (hệ số theo lý thuyết)< 8,7 (hệ số tra bảng theo tiêu chuẩn Fisher) Như phương trình 5.19 phù hợp với thực tế 5.3.2 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp thơng số hình học phơi (tỉ số H0/D0; S0/D0) góc nghiêng chày (α) tới lực tạo hình Hình 5.3 Biểu đồ phân mức yếu tố H0/D0, S0/D0 α cho lực tạo hình Hình 5.4 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố H0/D0, S0/D0 α tới lực Yếu tố ta thấy yếu tố ảnh hưởng lớn tới lực tạo hình S0/D0 (54%) tiếp đến H0/D0 (28%) yếu tố ảnh hưởng tới lực tạo hình α (18%) Theo phương pháp bình phương nhỏ ta có phương trình hồi quy sau: 3 H  S  H  S P  151,2851   - 9.4408   - 34338   - 31,8604   D D  0  0  D0  D0 2 (5.21) S  H  S  H - 2,0425    - 0,0323   - 316,7497    7644    D0  D0   D0   D0  H0 S0 0.0469    206,9099 - 1895,3  126.2567 D0 D0 Sai số trung bình lực tạo hình mơ thực nghiệm 3,2%, giá trị sai số không vượt 5% Hệ số F lý thuyết 1,6741 nhỏ 8,7 hệ số F tra bảng, giá trịnh sai số trung bình hồi quy thực nghiệm 1,2%, sai số không vượt 4,1% cho thấy hàm số (5.21) đáng tin cậy phù hợp 5.4 Ứng dụng dập chi tiết bánh từ phôi ống 22 Từ vẽ vật dập bánh thấy vật dập ngắn dạng đối xứng trục Như vậy, bước công nghệ gồm có: - Chuẩn bị phơi - Nung phơi - Chồn cục - Dập khn kín - Các ngun cơng hồn thiện gia cơng mài, nhiệt luyện… Tính tốn ngun cơng chồn: Theo ngun lý thể tích khơng đổi ta có H0/D0 =1,0 S0/D0 = 0,25 Theo kết nghiên cứu Chương tỉ lệ H0/D0 =1,0 S0/D0 = 0,25, chồn với đầu chày phẳng mức độ biến dạng lớn đạt 27,3 %, để tăng mức độ biến dạng cần phải sử dụng chày có góc nghiêng Với mức độ biến dạng cần đạt 40% ta lựa chọn chày có góc nghiêng 15o hợp lý - Từ kết tính tốn xác định lực tạo hình P = 18.8 Tính tốn ngun cơng dập khn kín Xác định mặt phân khn Góc nghiêng thành lịng khn Bán kính góc lượn Tính tốn, lựa chọn lị xo Hình 5 Kết thực nghiệm tạo hình bánh từ phơi ống KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã thiết lập bảng thực nghiệm qui hoạch thực nghiệm theo phương pháp Taiguchi Dựa số liệu thực nghiệm thu được,xây dựng hàm số dạng đa thức bậc để xác định mức độ biến dạng lực chồn Sai số hàm hồi qui toán học xây dựng thực nghiệm < 5% Việc dập thành công chi tiết bánh minh chứng hiệu công nghệ dập từ phôi ống tiết kiệm 40% vật liệu phôi ban đầu 23 KẾT LUẬN CHUNG Dựa mục tiêu nghiên cứu, nội dung thực kết đạt luận án đưa kết luận đây: Các chi tiết truyền động có dạng bậc, đối xứng trục rỗng truyền khí chế tạo cách hiệu từ phôi ống trải qua nguyên công chồn cục dập khối khn kín Việc xác định kích thước phơi ống phù hợp với bước chồn tạo phôi trung gian phù hợp cho bước dập khối cuối Qua đó, khơng rút ngắn qui trình cơng nghệ, tiết kiệm ngun vật liệu (lên đến 35%), mà tiết kiệm lực lượng dập khối (35%) so với công nghệ truyền thống dập từ phơi đặc Phân tích xác định xuất khuyết tật gấp ổn định phơi nhờ xây dựng, phát triển phương pháp phân tích đặc điểm dòng chảy kim loại), lưới biến dạng chuyển vị chất điểm phôi trình biến dạng dựa mơ số Dựa vào kết mô với trường hợp chày phằng, với tỷ lệ kích thước H0/D0 = 0,4÷0,6; S0/D0 = 0,3÷0,35 cho mức độ biến dạng theo phương chồn đảm bảo yêu cầu thiết kế = 40% Khi sử dụng chày có độ α = 5÷200 làm cho miền xác định kích thước phơi mở rộng đạt H0/D0 = 0,8÷1,0; S0/D0 = 0,2÷0,25 Xây dựng mơ hình thực nghiệm phù hợp với điều kiện nghiên cứu mà cịn có khả ứng dụng thực tế sản xuất Xây dựng mối quan hệ hàm số thực nghiệm thông số đầu vào kích thước phơi góc chày với thông số đầu mức độ biến dạng cho phép lực chồn Đã lựa chọn thông số phôi, thiết kế khuôn phù hợp để dập chi tiết bánh liền trục Hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu biên dạng khuôn chồn cục vị trí khác phôi Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ biến dạng đến khả gây ổn định phôi ống Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dập trạng thái ấm Khảo sát kim loại khác Nghiên cứu ảnh hưởng loại chất bôi trơn khác chồn 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trịnh Minh Tân, Nguyễn Đắc Trung, Phan Thị Hà Linh: Nghiên cứu công nghệ chồn ống để chế tạo chi tiết phục vụ cơng nghiệp quốc phịng Tuyển tập cơng trình Hội nghị Khoa học Toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ 12, tháng 8/2015 ISBN: 978-604-913-4593 Tr 1218-1223 Phan Thị Hà Linh, Nguyễn Đắc Trung: Xác định kích thước hình học phù hợp phơi ống cho ngun công chồn nhờ mô số Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí – động lực 2016, tháng 10/2016, tập ISBN: 978-604-95-0040-4 Tr 418424 Phan Thi Ha Linh, Nguyen Dac Trung: Numerical simulation of the bulk forming process to manufacture coupling details from tube billet, Vietnam Journal of Science and Technology 55 (5) 2017, pp 612-619, DOI: 10.15625/2525-2518/55/5/9206, ISSN: 2525-2518 Phan Thị Hà Linh, Nguyễn Đắc Trung: Ứng dụng mô số nghiên cứu q trình dập nóng chế tạo bánh từ phơi ống, Tạp chí Khoa học & Công nghệ (Đại học SPKT Hưng Yên) - Số 22/Tháng – 2019, ISSN: 2354-0575, Tr 18-23 Phan Thị Hà Linh, Nguyễn Đắc Trung: Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo lực dập máy dập trục khuỷu cho ngun cơng chồn , Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ (Đại học SPKT Hưng Yên) - Số 23/Tháng – 2019, ISSN: 2354-0575, Tr 46-533 Phan Thị Hà Linh, Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn Quang Thắng , Trần Anh Sơn Bùi Khắc Khánh: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số H/D S/D đến lực chồn mức độ biến dạng chồn cục từ phôi ống Tạp chí khí Việt Nam, số 1+2/ tháng 02 năm 2020, ISSN: 0866 – 7056 Tr 79-83 ... hết chi tiết truyền động dập khối từ phơi đặc Nhưng thực tế nhiều chi tiết có dạng rỗng Như vậy, chi tiết rỗng, tạo hình từ phơi đặc lãng phí vật liệu, dập khối chi tiết từ phơi ống Khi dập khối. .. hệ thống, thiết bị, hộp số, cụm chi tiết truyền động khí 1.2 Khái quát công nghệ dập khối chế tạo chi tiết truyền động 1.2.1 Dập khối Hình 1.1 Các chi tiết truyền động dạng trục rỗng Để tiết. .. xuất nghiên cứu công nghệ dập chi tiết dạng rỗng từ phôi rỗng.Tuy nhiên, việc chồn phôi ống không đơn giản phôi ống dễ bị ổn định, đặc biệt trạng thái nóng 1.2.2 Nguyên công chồn công nghệ dập khối