Đang tải... (xem toàn văn)
Trong nghiên cứu này, sử dụng mô phỏng số với phần mềm Dynaform để khảo sát mức độ biến mỏng của chi tiết hình trụ từ vật liệu thép DC04, tiến hành trên 03 loại chiều dày vật liệu khác nhau: 0.8, 1.0 và 1.2mm.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến mức độ biến mỏng sản phẩm trình dập thủy tĩnh phôi Research on effect of technological parameters on the thinning of the sheet metal in hydrostatic forming Nguyễn Thị Thu1,*, Nguyễn Văn Thành2 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: nguyenthithu1986@gmail.com Tóm tắt Từ khóa: Áp suất chất lỏng tạo hình; Dập thủy tĩnh phơi tấm; Lực chặn phôi; Thông số công nghệ Công nghệ dập thủy tĩnh công nghệ tối ưu việc tạo hình chi tiết vỏ mỏng Bằng việc sử dụng chất lỏng có áp suất cao tác dụng lên bề mặt phôi, khiến phôi biến dạng theo biên dạng lịng cối, cơng nghệ tạo sản phẩm dạng có biên dạng phức tạp với chu trình đơn giản Tuy nhiên, tác động chất lỏng cao áp, phơi bị biến mỏng liên tục suốt q trình tạo hình Trong nghiên cứu này, sử dụng mơ số với phần mềm Dynaform để khảo sát mức độ biến mỏng chi tiết hình trụ từ vật liệu thép DC04, tiến hành 03 loại chiều dày vật liệu khác nhau: 0.8, 1.0 1.2mm Kết nghiên cứu mô cho thấy, mức độ biến mỏng phụ thuộc nhiều vào áp suất chặn áp suất tạo hình, tăng áp suất chặn áp suất tạo hình tăng theo mức độ biến mỏng thành sản phẩm tăng lên Abstract Keywords: Blank holder pressure; Forming fluid pressure; Hydrostatic forming for sheet metal; Technological parameters Hydrostatic forming is one of optimal technologies applied for forming thinshell parts Using high-pressure fluid to deform sheet metal in accordance with die cavity profile, this technology is able to manufacture sheet products with complicated profile by a simple stroke However, under the action of highpressure fluid, the sheet metal is continuously thinned during forming process In this study, Dynaform software was used to investigate the thinning of the cylindrical parts from DC04 steel material, on three different thicknesses: 0.8, 1.0 and 1.2mm The simulation results show that the thinning depends much on the blank holder pressure and the forming fluid pressure In particular, when the blank holder pressure increase, forming fluid pressure will rise and the thinning will grow Ngày nhận bài: 23/7/2018 Ngày nhận sửa: 13/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 13/9/2018 GIỚI THIỆU Dập thủy tĩnh (DTT) công nghệ sử dụng chất lỏng áp suất cao tác dụng lên bề mặt phôi, làm phôi tạo hình theo biên dạng cối [1] (hình 1) Đây công nghệ dùng để chế HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 tạo nhiều chi tiết từ phôi đơn, cặp phôi ống mà cơng nghệ khác khó tạo hình [2] Đặc biệt, tạo hình chi tiết từ phơi vỏ xe ô tô, dạng chi tiết biên dạng phức tạp, cơng nghệ có ưu điểm vượt trội Hình Các giai đoạn trình DTT phôi [3] Khác với công nghệ dập vuốt truyền thống, phôi chịu tác dụng trực tiếp chất lỏng áp suất cao, trạng thái kéo căng trình tạo hình, nên tượng biến mỏng xảy mãnh liệt, đặc biệt giai đoạn tạo hình tự Lượng biến mỏng vượt giới hạn cho phép gây phá hủy sản phẩm Mức độ biến mỏng phụ thuộc vào nhiều thông số, đặc biệt thông số công nghệ áp suất chặn, áp suất chất lỏng tạo hình Trong phần nội dung báo đề cập cụ thể mối quan hệ XÂY DỰNG BÀI TOÁN KHẢO SÁT 2.1 Phương pháp khảo sát - Sử dụng phương pháp mô số với phần mềm Dynaform để khảo sát - Mức độ biến mỏng xác định: (1) Với = Trong đó: - Mức độ biến mỏng So - chiều dày phôi ban đầu; Si - chiều dày vị trí đo 2.2 Chi tiết khảo sát Chi tiết hình trụ (hình 2) - chi tiết điển hình cơng nghê dập vuốt nói chung, lựa chọn để khảo sát mức độ biến mỏng phụ thuộc vào thơng số cơng nghệ Hình Chi tiết khảo sát HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Vật liệu phôi: DC04 (tương đương 08kΠ), có đường cong thực nghiệm ứng suất - biến dạng hình Đây đồ thị thử kéo mẫu phôi thực tế nghiên cứu theo phương 0o, 45o, 90o Đồ thị nhập vào phần mềm mơ kết xác so với thực tế Hình Đường cong ứng suất - biến dạng thép DC04 Chiều dày phôi khảo sát: So = 0,8; 1.0; 1,2 mm Đây dải chiều dày vật liệu phổ biến dùng dập vỏ mỏng Với đường kính phơi tính Do = 110 mm, chiều dày tương đối phôi quy đổi là: S* = (2) Như vậy, S* = 0,73; 0,91; 1,09 2.3 Các điều kiện biên Mơ hình hình học tốn: Hình Mơ hình hình học Điều kiện tiếp xúc: Do toán dập vuốt chất lỏng cao áp nên việc kéo phôi vào từ vành phôi quan trọng nhằm giảm biến mỏng tạo điều kiện thuận lợi cho ép sát lòng khuôn, 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 lịng cối tác dụng áp suất chất lỏng; Quá trình kết thúc phơi điền đầy lịng cối HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Điều kiện biên áp suất: Áp suất chặn Qch áp suất xi lanh chặn tác dụng lên vành phôi, giữ cho phôi ổn định q trình kéo phơi vào lịng cối, đồng thời giữ cho chất lỏng cao áp khơng ngồi Thay đổi áp suất chặn Qch làm thay đổi lực chặn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MỨC ĐỘ BIẾN MỎNG CỦA SẢN PHẨM TRONG CÔNG NGHỆ DTT PHÔI TẤM 3.1 Xác định miền áp suất chặn áp suất tạo hình thích hợp Chỉ tiêu sản phẩm đạt yêu cầu: - Bán kính miệng cối, chiều cao, đường kính sản phẩm đạt kích thước vẽ hình - Bán kính đáy cối Rd = (6,0 ÷ 6.6) mm - Mức độ biến mỏng lớn γmax ≤ 20 (%) Quá trình tạo hình cơng nghệ DTT phơi sau: Hình Quá trình hình thành sản phẩm Hình cho thấy trình hình thành sản phẩm công nghệ DTT phôi mô số Phôi biến dạng tự do, phồng lên đến chạm đáy bắt đầu tạo hình dạng trụ Bởi trình tạo hình ln có chất lỏng áp suất cao tác dụng lên bề mặt phôi, giữ phôi trạng thái ứng suất kéo, nên sản phẩm biến mỏng mãnh liệt Do vậy, sản phẩm bị biến mỏng nhiều phần đáy, biểu thị qua thị màu biểu đồ phân bố biến mỏng (hình 6) Hình Biểu đồ phân bố biến mỏng Phần mềm mô số Dynaform hiển thị phân bố chiều dày sản phẩm, vị trí cao màu đỏ cột phân bố hình thị vị trí biến mỏng nhiều Dựa vào xác định mức độ biến mỏng lớn trường hợp khảo sát HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Tiến hành mô với giá trị áp suất chặn khoảng khảo sát, với bước nhảy Q = bar, xác định miền áp suất chặn hợp lý là: Qch = (80 ÷ 115) bar lựa chọn khoảng phụ thuộc vào máy ép thực tế Sau mô xác định xu hướng, nghiên cứu tiếp tục phát triển sang hướng thực nghiệm Tương ứng với giá trị áp suất chặn có giá trị áp suất tạo hình; miền áp suất tạo hình hợp lý là: Pth = ( 355 ÷ 495) bar 3.2 Khảo sát mối quan hệ mức độ biến mỏng lớn thông số công nghệ Trên biểu đồ phân bố chiều dày sản phẩm hình 6, xác định vị trí biến mỏng lớn vùng đáy sản phẩm Đây đặc điểm khác với sản phẩm công nghệ dập vuốt truyền thống (chày cứng - cối cứng) Tiến hành mô phỏng, xác định mức độ biến mỏng lớn chiều dày vật liệu, kết đạt cho bảng Bảng Mức độ biến mỏng lớn sản phẩm γmax Qch (bar) 80 85 90 95 100 105 110 115 Pth (bar) 355 385 405 448 468 483 488 495 S* = 0,73 10,64 12,24 12,80 13,24 13,51 13,88 14,33 15,43 S* = 0,91 9,70 11,12 11,80 12,31 12,60 12,86 13,35 14,39 S* = 1,09 9,32 10,74 11,26 11,60 11,85 12,21 12,55 13,53 Từ kết trình bày bảng 1, xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ hình Hình Mức độ biến mỏng phụ thuộc vào áp suất chặn Hình Mức độ biến mỏng phụ thuộc vào áp suất tạo hình Đồ thị hình hình cho thấy xu hướng quan hệ đồng biến mức độ biến mỏng thông số công nghệ, cụ thể áp suất chặn Qch áp suất tạo hình Pth HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Khi tăng áp suất chặn áp suất tạo hình mức độ biến mỏng tăng Mức độ biến mỏng tăng nhanh giai đoạn đầu (Qch < 90 bar Pth < 400 bar) giai đoạn cuối tạo hình (Qch > 110 bar Pth > 480 bar) Hiện tượng giải thích sau: miền giá trị áp suất chặn Qch = (90 ÷ 110) bar tương ứng miền giá trị áp suất tạo hình Pth = (400 ÷ 480) bar, phơi thuận lợi kéo vào lịng cối mức độ biến mỏng khơng có nhiều thay đổi, với miền cịn lại, phơi kéo vào khó khăn hơn, mức độ biến mỏng tăng nhiều hơn, thể đường đồ thị dốc Các đồ thị rằng, với phôi có chiều dầy tương đối lớn mức độ biến mỏng nhỏ KẾT LUẬN Qua trình khảo sát, kết mơ cho thấy phân bố chiều dày sản phẩm trình DTT phơi Biến mỏng xảy tồn phần thân đáy sản phẩm, đặc biệt nhiều vùng chuyển tiếp từ đáy sang bán kính góc lượn đáy sản phẩm Kết khảo sát cho thấy xu hướng phụ thuộc mức độ biến mỏng lớn vào thông số công nghệ Mức độ biến mỏng lớn áp suất chặn lớn áp suất tạo hình lớn Ngồi ra, điều kiện khảo sát, chiều dày tương đối phơi có ảnh hưởng đến mức độ biến mỏng Chiều dày tương đối phơi lớn mức độ biến mỏng giảm LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả cảm ơn hỗ trợ Bộ môn Gia công áp lực - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu DANH MỤC DANH PHÁP/KÝ HIỆU S* So Si Qch Pth γmax : Chiều dày tương đối phôi (%) : Chiều dày ban đầu phôi (mm) : Chiều dày vị trí đo sản phẩm (mm) : Áp suất chặn (bar) : Áp suất tạo hình (bar) : Mức độ biến mỏng lớn (%) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Nghệ, Công nghệ dập thủy tĩnh NXB Bách khoa HN (2006) [2] Koỗ, M and Cora, O N Introduction and state of the art of hydroforming in Koỗ, Muammer, Editor, Hydroforming for Advanced Manufacturing, Woodhead Publishing (2008), pp 1-29 [3] Altan, T and Tekkaya, A.E Sheet metal forming process and applications ASM International, (2012) ... chặn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN MỨC ĐỘ BIẾN MỎNG CỦA SẢN PHẨM TRONG CÔNG NGHỆ DTT PHÔI TẤM 3.1 Xác định miền áp suất chặn áp suất tạo hình thích hợp Chỉ tiêu sản phẩm đạt u... quan hệ mức độ biến mỏng lớn thông số công nghệ Trên biểu đồ phân bố chiều dày sản phẩm hình 6, xác định vị trí biến mỏng lớn vùng đáy sản phẩm Đây đặc điểm khác với sản phẩm công nghệ dập vuốt... tượng biến mỏng xảy mãnh liệt, đặc biệt giai đoạn tạo hình tự Lượng biến mỏng vượt giới hạn cho phép gây phá hủy sản phẩm Mức độ biến mỏng phụ thuộc vào nhiều thông số, đặc biệt thông số công nghệ