A research on the influences of engineering parameters to the forming ability of metal sheet by SPIF technology

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ KHÁNH ĐIỀN 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 SPIF (A RESEARCH ON THE INFLUENCES OF ENGINEERING PARAMETERS TO THE FORMING ABILITY OF METAL SHEET BY SPIF TECHNOLOGY) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ KHÁNH ĐIỀN 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 SPIF (A RESEARCH ON THE INFLUENCES OF ENGINEERING PARAMETERS TO THE FORMING ABILITY OF METAL SHEET BY SPIF TECHNOLOGY) Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số chuyên ngành: 62 52 04 01 Phản biện độc lập 1: PGS TS HÀ MINH HÙNG Phản biện độc lập 2: PGS TS NGUYỄN VIỆT HÙNG Phản biện 1: PGS TS LÊ CHÍ CƯƠNG Phản biện 2: PGS TS ĐẶNG VŨ NGOẠN Phản biện 3: PGS TS TRẦN THIÊN PHÚC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS NGUYỄN THANH NAM LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án: Lê Khánh Điền Lê Khánh Điền i TÓM TẮT LUẬN ÁN Mục tiêu luận án nghiên cứu thiết lập mối quan hệ thông số công nghệ (lượng tiến dụng cụ xuống Dz, vận tốc chạy dụng cụ Vxy, đường kính dụng cụ D số vịng quay trục mang dụng cụ n) với thơng số mục tiêu, bao gồm khả tạo hình (tức góc tạo hình  góc tiếp tuyến bề mặt tạo hình phương ngang), lượng phục hồi, độ nhám bề mặt vật liệu suất tạo hình mẫu thí nghiệm làm số vật liệu tiêu biểu nhôm A 1050 H14, thép thường SS330 thép không gỉ SUS304 gia công cơng nghệ tạo hình cục liên tục đơn điểm (Single Point Incremental Forming - SPIF) Tổng quát nội dung luận án bao gồm số điểm sau: - Nghiên cứu thực nghiệm gia công mẫu máy SPIF chuyên dùng để xác định mối quan hệ thơng số cơng nghệ với khả tạo hình (góc tạo hình ) lượng phục hồi sau tạo hình (Springback), độ nhám bề mặt mẫu suất tạo hình nhóm vật liệu nói - Phần mềm ABAQUS sử dụng để mô trình tạo hình SPIF nhằm xác định mối quan hệ thông số công nghệ với khả tạo hình (góc tạo hình ) lượng phục hồi sau tạo hình nhóm vật liệu nói So sánh kết mô với kết thực nghiệm thực để kiểm chứng tính hội tụ phương pháp - Kết thực nghiệm kiểm chứng phương sai qui hoạch thực nghiệm (với trợ giúp phần mềm Minitab) nhằm thiết lập phương trình hồi quy thơng số mục tiêu Phân tích ảnh hưởng thơng số cơng nghệ phương trình hồi qui đạo hàm riêng phần để đánh giá xác mối quan hệ thông số công nghệ với hàm mục tiêu nhóm vật liệu nói - Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ phương trình hồi qui thực nhằm lựa chọn thơng số cơng nghệ tối ưu để có giá trị mục tiêu mong muốn Việc xây dựng công cụ (phần mềm, bảng biểu) tra cứu chế độ gia ii cơng tạo hình SPIF cho nhóm vật liệu để ứng dụng thực tế thực luận án - Sau cùng, luận án đề xuất số miền giá trị tối ưu thông số công nghệ theo hàm mục tiêu hữu ích cho cơng nghệ tạo hình SPIF iii ABSTRACT The aim of the thesis is the establishing of the relationship among the influential technological parameters (the forming depth Dz, the feed rate Vxy, the diameter of tool D and the revolution per minute of spindle n) to the objective parameters (forming ability, the angle  that is made by the tangent line of the deformed surface and the horizontal line; the springback values, the roughness and the productivity) of the models of some typical metals such as aluminum A 1050 H14, mild steel SS330 and stainless steel SUS304 of the surface and the productivity) when forming metal sheet by Single Point Incremental Forming (SPIF) technology Overall, the content of the thesis concerned some following points:  Experimental study of forming specimens in specific SPIF machine for defining the relations of the technological parameters to the ability of forming (forming angle ), the springback value after forming, the roughness of the surfaces and the productivities of formed sheet models of the mentioned typical metals  Abaqus software is applied to simulate the process of forming sheet by SPIF in order to define the relations among the parameters of forming with the ability of forming (angle ) and the springback phenomena of the mentioned typical metals The comparision of simulated result and empirical one is carried out to interpret the convergence of methods  The empirical results are analysed of variances and are designed of experiment (with the assistance of Minitab software) to establish the equations of recursion of the objective parameters Analysing the influences of technological parameters in the equations of recursion by patial differential method to have the authentic remark of the influences of the technological parameters  The optimization of the technological parameters in the gained recursion functions is also performed to get the optimal technological parameters according to the desired objective values The editing of a tool consultation (software, handbook) for iv consultation the forming parameters in practice application is also carried out in the thesis;  Finally, the thesis proposed a numbers of optimal technological parameters according to the desired objective values, useful for the SPIF technology v LỜI CÁM ƠN Luận án hồn thành nhờ giúp đỡ tận tình Thầy Cô hướng dẫn, Thầy Cô giảng viên Khoa Cơ khí, khoa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, quan cơng tác, bạn bè đồng nghiệp gia đình Xin chân thành cảm ơn đến tất tập thể cá nhân giúp thời gian vừa qua:  Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh;  Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh;  Phịng Quản lý Khoa học Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn, bổ sung cập nhật kiến thức, kinh nghiệm suốt trình thực Luận án;  Phịng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số Kỹ thuật hệ thống tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhiều suốt thời gian nghiên cứu thực đề tài;  Các Anh, Chị đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình thực Luận án Trong trình thực Luận án, cố gắng chắn khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong q Thầy Cơ, bạn bè đồng nghiệp bảo, đóng góp ý kiến để tơi nhận thức thiếu sót cố gắng sửa chữa, bổ sung để hoàn thiện Một lần xin chân thành cảm ơn tất tập thể cá nhân hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt giúp tơi hồn thành Luận án Xin kính chúc q Thầy Cơ, bạn bè đồng nghiệp sức khỏe thành đạt vi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1.1 Công nghệ SPIF 1.1.1 Các phương pháp gia công cổ điển 1.1.2 Nhu cầu đời công nghệ SPIF 1.1.3 Cơ sở tạo hình cơng nghệ SPIF 1.2 Các thông số ảnh hưởng đến khả tạo hình (góc tạo hình ) SPIF.10 1.3 Thiết bị tạo hình phương pháp SPIF .11 1.4 Tình hình nghiên cứu giới nước 12 1.4.1 Các nghiên cứu nước 12 1.4.2 Các nghiên cứu nước .23 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu .24 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 24 1.5.2 Nội dung nghiên cứu 25 1.5.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .25 1.6 Phương pháp nghiên cứu 25 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 29 2.1 Mục đích yêu cầu 29 2.2 Quy hoạch thực nghiệm khả tạo hình (góc tạo hình ) cơng nghệ SPIF 30 vii 2.2.1 Các thông số cần khảo sát 30 2.2.2 Lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm .31 2.2.3 Vật liệu mô hình mẫu thực nghiệm .32 2.3 Máy và hệ thống công nghệ dùng tạo hình thực nghiệm SPIF 34 2.4 Hoạch định thực nghiệm 36 2.4.1 Chọn mức giá trị thực nghiệm thông số ảnh hưởng .36 2.4.2 Mã hóa thơng số ảnh hưởng 37 2.4.3 Thực hành tạo hình mẫu 41 2.5 Phân tích phương sai kết thực nghiệm & thiết lập phương trình hồi quy 42 2.5.1 Kết thực nghiệm phân tích phương sai (Anova) 42 2.5.2 Phương trình hồi quy khả tạo hình (góc tạo hình ) 53 2.5.3 Phương trình hồi quy lượng phục hồi .57 2.5.4 Phương trình hồi quy độ nhám bề mặt tạo hình 63 2.5.5 Phương trình hồi quy thời gian tạo hình 65 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG SỐ 71 3.1 Mục đích 71 3.2 Biến dạng đàn dẻo, quan hệ ứng suất biến dạng vùng dẻo 71 3.2.1 Cơ sở lý thuyết tạo hình SPIF 73 3.2.2 Xác định tính trung bình vật liệu dị hướng mô 73 3.2.3 Các điều kiện biên mô cần phù hợp với thực nghiệm 73 3.2.4 Thống thơng số tạo hình mơ thực nghiệm 73 3.2.5 Mẫu dùng mô 74 3.3 Quy trình khảo sát biến dạng dẻo SPIF phần mềm ABAQUS 74 3.3.1 Xác định thông số ban đầu cho mô số 75 viii ... of formed sheet models of the mentioned typical metals  Abaqus software is applied to simulate the process of forming sheet by SPIF in order to define the relations among the parameters of forming. .. objective parameters Analysing the influences of technological parameters in the equations of recursion by patial differential method to have the authentic remark of the influences of the technological... hình SPIF iii ABSTRACT The aim of the thesis is the establishing of the relationship among the influential technological parameters (the forming depth Dz, the feed rate Vxy, the diameter of tool