Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi

Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi Nghiên cứu công nghệ tạo hình ống kim loại khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi

TÓM TẮT Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng Nhu cầu ngành cơng nghiệp đóng tàu, dầu khí, cơng nghiệp dân dụng ngày nhiều đòi hỏi chất lượng, kỹ thuật, tính mỹ cao Để có sản phẩm ống kim loại có biên dạng phức tạp, khơng thể thực biện pháp tạo dập, nong thơng thường Một số phương pháp tạo hình kim loại tiên tiến mẻ phát triển Trong có cơng nghệ sử dụng miếng đệm cao su đàn hồi, tác nhân mang áp lực để thực tạo hình Nhưng phương pháp chủ yếu áp dụng cho việc tạo hình kim loại Song song với việc phát triển kim loại tấm, tạo hình kim loại ống phát triển Các phương pháp gia công truyền thống dần không đáp ứng nhu cầu công nghệ, cần thiết công nghệ Như sản xuất linh phụ kiện ống cho ngành cung cấp nước, khí đốt, khung xe đạp… Nhằm mục đích để giảm chi phí sản xuất tối ưu hóa cơng nghệ sản xuất Trên giới nước, có phần lớn nghiên cứu cơng nghệ tạo hình kim loại sử dụng vật liệu nén đàn hồi Còn với kim loại ống nghiên cứu cơng bố Vì nhóm nghiên cứu thầy PGS.TS Phạm Sơn Minh có đề xuất thực đề tài “Nghiên cứu cơng nghệ tạo hình ống kim loại sử dụng vật liệu nén đàn hồi” (cao su băm nhỏ - dạng hạt) để chứng minh phương pháp có khả tạo hình cho ống kim loại v ABSTRACT In the era of constantly scientific and technological development, the demand of some industries in shipbuilding, oil and gas, civil industry is increasing The standards of technology, aesthetics are perfectly required For products with metal tubes with complex profiles, it cannot be done by forming methods such as stamping, conventional forming A number of advanced and new metal forming methods have been developed These include technologies that use elastic rubber gaskets, such as agents that carry pressure to perform shaping However, this method is mainly applied in sheet metal forming Along with the development of sheet metal, metal tubes forming is also developing Traditional processing methods are gradually failing to meet the technological needs As a result, new technology is extremely needed, such as the production of tube fittings for the water, gas, bicycle frame industries in order to reduce production costs and optimize production technology In the world as well as in Vietnam, only the majority of researches on metal sheet forming technology use elastic compression materials For metal tubes, a few studies have been announced Therefore, the research team of Assoc.Prof.Dr Pham Son Minh has proposed to implement the project "Research on forming metal tube technology when using elastic pressure material" (chopped rubber - granular), to prove this method demonstrates the ability to shape metal tubes vi MỤC LỤC Trang tựa Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ, đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Nhiệm vụ đề tài 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 1.4.3 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách tiếp cận 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 1.5.3 Hiệu giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược công nghệ gia cơng tạo hình kim loại 2.2 Phương pháp dập vuốt tạo hình cho kim loại 2.3 Các phương pháp đặc biệt tạo hình cho kim loại .6 vi 2.4 Đặc tính kỹ thuật kim loại ống chất đàn hồi 2.4.1 Đặc tính kỹ thuật ống kim loại nhôm 2.4.2 Đặc tính kỹ thuật ống kim loại Đồng 10 2.4.3 Đặc tính kỹ thuật chất đàn hồi cao su 12 2.5 Ước tính áp Lực cần thiết cho q trình ép tạo hình 13 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM, CHỨNG MINH KHẢ NĂNG TẠO HÌNH 15 3.1 Chọn vật liệu ép ống kim loại để tiến hành thí nghiệm 15 3.2 Trang thiêt bị thí nghiệm sơ ban đầu .16 3.3 Mô hình thí nghiệm sơ ban đầu 17 3.3.1 Thí nghiệm ép phồng biên dạng nhánh ống, ép theo chiều dọc trục 17 3.3.1.1 Thực nghiệm ép mẫu theo chiều dọc trục 17 3.3.1.2 Kết sau ép với mô hình ép theo chiều dọc trục 18 3.3.2 Thí nghiệm ép phồng ống kim loại, nén theo chiều dọc trục 19 3.3.3 Nhận xét hướng thực 19 3.3.3.1 Nhận xét 19 3.3.3.2 Hướng thực 20 3.4 Mô hình Thí nghiệm chứng minh khả tạo hình cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 20 3.4.1 Chọn vật liệu ép ống kim loại để tiến hành thí nghiệm 20 3.4.2 Xây dựng mơ hình làm thí nghiệm khảo sát 21 3.4.2.1 Nong rộng đầu ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 21 3.4.2.2 Ép phồng ống kim loại sử dụng vật liệu nén đàn hồi 24 3.4.2.3 Ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 26 3.5 Trang thiết bị sử dụng q trình thí nghiệm, chứng minh khả tạo hình ống kim loại 28 3.5.1 Máy dập thủy lực đội 28 vii 3.5.1.1 Thông số ép máy .30 3.5.1.2 Con đội thủy lực 30 3.5.2 Kiểm nghiệm lực dập máy 30 3.5.2.1 Lựa chọn loadcell 31 3.5.2.2 Bộ hiển thị giá trị Loadcell 32 3.6 Thực nghiệm ép mẫu 32 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC ÉP 36 4.1 Kết thực nghiệm nong rộng đầu ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 36 4.1.1 Sản phẩm thu sau thực nghiệm 36 4.1.2 Ảnh hưởng Lực ép đến độ biến dạng đường kính ống sau tạo hình 38 4.2 Kết thực nghiệm ép phồng ống kim loại sử dụng vật liệu nén rubber .40 4.2.1 Sản phẩm thu sau thực nghiệm 40 4.2.2 Ảnh hưởng Lực ép đến độ biến dạng đường kính ống sau tạo hình 42 4.3 Kết thực nghiệm Ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén rubber 44 4.2.2 Ảnh hưởng Lực ép đến độ biến dạng đường kính ống sau tạo hình 46 Chương 5: KẾT LUẬN, NHẬN XÉT VÀ KHUYẾN NGHỊ 48 5.1 Kết luận 48 5.2 Nhận xét 49 5.3 Khuyến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khuôn dập vuốt thông thường [3] Hình 2: Sơ đồ dập phôi phẳng Hình 3: Tạo hình làm phồng ống, sử dụng công nghệ hydroforming [8] Hình :Tạo hình kim loại tấm, sử dụng cơng nghệ hydroforming [8] Hình 5: Một số sản phẩm ống kim loại từ công nghệ hydroforming [8] Hình 6: Cơng thức phân tử cao su thiên nhiên [14] 12 Hình 7: Cơng thức hóa học polyurethan [15] 13 Hình 8: Cơng thức hóa học Cao su silicon [16] 13 Hình : Các ứng suất tác động lên phần tử trung tâm ống [13] 14 Hình 1: Phơi kim lọai dạng ống sử dụng thí nghiệm 15 Hình 2: Máy ép thủy lực làm thí nghiệm sơ ban đầu 16 Hình 3: Cấu tạo khn ép thí nghiệm sơ ban đầu 17 Hình 4: Cao su dạng hạt, sử dụng làm vật liệu nén 17 Hình 5: Quy trình làm thực nghiệm với mơ hình sơ ban đầu 18 Hình 6: Sản phẩm sau thực nghiệm ép ống lần 18 Hình 7: Mơ hình khn dập phồng ống, nén theo chiều dọc trục 19 Hình 8: Cao su dạng hạt cắt nhỏ, sử dụng thí nghiệm 21 Hình 9: Mơ hình thí nghiệm nong rộng đầu ống, 22 Hình 10: Bản vẽ cấu tạo Khn ép phương pháp nong rộng đầu ống, 23 Hình 11: Nguyên lý phương pháp nong rộng đầu ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi (Cao su) 23 Hình 12.Mơ hình thí nghiệm ép phồng ống, 24 Hình 13: Bản vẽ cấu tạo khn ép mơ hình thí nghiệm ép phồng 25 Hình 14: Mơ hình ép phồng ống kim loại, 25 Hình 15 : Mơ hình thí nghiệm ép tạo hình nhánh ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi (cao su) 26 ix Hình 16: Bản vẽ cấu tạo khn ép mơ hình thí nghiệm ép tạo hình nhánh ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi (cao su) 27 Hình 17: Mơ hình ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, 28 Hình 18: Cấu tạo, kích thước máy dập thủy lực đội, 29 Hình 19: Con đội (kích thủy lực) TOTAL THT109202 (20 Tấn lực) [17] 30 Hình 20: Loadcell RTN LP7130 [18] 31 Hình 21: Mouting kèm [18] 31 Hình 22: Thống số kích thước loadcell [18] 32 Hình 23: Bộ hiển thị giá trị cân loadcell - OM502T 32 Hình 24: Sơ đồ ép mẫu thực nghiệm 33 Hình 25: Step 33 Hình 26: Step 33 Hình 27: Step 3: 34 Hình 28: Step 4: 34 Hình 29: Step Gá chày đội lên máy 34 Hình 30 Step Bỏ cao su vào lịng ống phơi 34 Hình 31: Step Ln phiên kích đội 35 Hình 32 Step 8, Lấy sản phẩm khỏi lịng khn (sản phẩm thu được) 35 Hình 1: Bản vẽ phơi đồng dạng ống làm thí nghiệm nong rộng đầu ống 37 Hình 2: Khn ép nong rộng đầu ống 37 Hình 3: Sản phẩm nong rộng đầu ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 37 Hình 4: Sản phấm lỗi thực nghiệm nong rộng đầu ống, 38 Hình 5: Biểu đồ so sánh đường kính ống kim loại sau nong rộng đầu ống, 40 Hình 6: Sản phẩm sau thực nghiệm ép phồng ống kim loại 41 Hình 7: Khn ép tạo hình phồng ống kim loại 41 Hình 8: Phơi đồng dạng ống, thí nghiệm ép phồng ống 41 Hình 9: Sản phẩm lỗi ép phồng ống kim loại sử dụng 42 x Hình 10: Biểu đồ so sánh đường kính ống kim loại sau ép phồng ống, với lực ép thay đổi, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 44 Hình 11: Sản phẩm sau thực nghiệm ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 45 Hình 12: Phơi đồng dạng ống, Thí nghiệm ép phồng nhánh ống 46 Hình 13: Biên dạng khuôn ép phống nhánh ống 46 Hình 14: Biểu đồ biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi 47 xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng thông số kỹ thuật số hợp kim nhôm [12] Bảng 2 Bảng thông số kỹ thuật số hợp kim Đồng [12] 11 Bảng 1: Kết biên dạng ống sau ép nong rộng đầu, với lực ép thay đổi 38 Bảng 2: Biểu đồ đường kính ống kim loại sau nong rộng đầu ống, 39 Bảng 3: Kết biên dạng ống sau ép phồng ống, với lực ép thay đổi 42 Bảng 4: Biểu đồ so sánh đường kính ống kim loại sau sau ép phồng ống, 43 Bảng 5: Kết biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi 47 xii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Các nghiên cứu nước Hiện nay, nước ta giai đoạn phát triển cơng nghiệp hóa, đại hóa cơng nghiệp tiến tới cơng nghiệp 4.0 Vấn đề tạo tình ống kim loại nong rộng đầu ống, co nối, T nối, ống có biên dạng tiết diện thay đổi… Phục vụ cho ngành cơng nghiệp đóng tàu, tơ, dầu khí, cơng nghiệp dân dụng… Ngày cần phát triển cải thiện mặt chi phí sản suất, tối ưu hóa cơng nghệ, linh hoạt sản xuất Tuy nhiên cơng trình nghiên cứu nước cơng nghệ tạo hình cho ống kim loại có biên dạng phức tạp theo phương pháp tiên tiến cịn ít, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh chưa có nghiên cứu cơng bố hướng nghiên cứu tạo hình cho ống kim loại thông qua vật liệu nén chất đàn hồi 1.1.2 Các nghiên cứu nước Trên giới có cơng trình nghiên cứu cơng nghệ tạo hình ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi Có số nghiên cứu tạo hình kim loại, sử dụng vật liệu nén Rubber Pad (cao su dạng tấm): + Muamar Benisa, Bojan Babic… ”Computer-aided Modeling of the Rubber-pad Forming Process”, (2012) + “A review on sheet metal rubber-pad forming” Department of Mechanical Engineering, University of Galati, Romania + Maziar Ramezani, “Tube bulging using rubber rods” 1.2 Tính cấp thiết đề tài Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng Nhu cầu ngành cơng nghiệp đóng tàu, dầu khí, cơng nghiệp dân dụng…, ngày nhiều đòi hỏi chất lượng, kỹ thuật, tính mỹ cao Vấn đề đặt cấp thiết đa số phần đầu nối ống kim loại cỡ lớn phải nhập từ nước với chi phí Hình 11: Sản phẩm sau thực nghiệm ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 45 Hình 12: Phơi đồng dạng ống, Thí nghiệm ép phồng nhánh ống Hình 13: Biên dạng khn ép phống nhánh ống 4.2.2 Ảnh hưởng Lực ép đến độ biến dạng đường kính ống sau tạo hình Sau nhiều lần tiến hành thí nghiệm ép thử với lực ép thay đổi theo lần ép Tăng dần tương ứng với lực: 18T, 19T, 20T, 21T, 22T Tác giả thu kết Bảng 4.2 46 Bảng 5: Kết biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi Hình 14: Biểu đồ biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi 47 Chương 5: KẾT LUẬN, NHẬN XÉT VÀ KHUYẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua kết thực nghiệm thực cho thấy: - Chứng minh công nghệ sử dụng vật liệu nén đàn hồi - cao su dạng hạt, có khả tạo hình cho ống kim loại Đồng (CuZn28) Thơng qua thí nghiệm ép tạo hình: nong rộng đầu ống kim loại, ép phồng ống kim loại ép tạo hình biên dạng nhánh thân ống kim loại - Thí nghiệm tạo hình nong rộng đầu ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm Để đạt biên dạng mong muốn, có độ xác hình dáng hình học Hình 4.2 cần lực ép khoảng 14 lực ép thông qua vật liệu đàn hồi - cao su dạng hạt Lực ép tác dụng nén lên khối cao su, tạo áp lực lịng ống, tạo biên dạng sản phẩm mong muốn, mà không cần lực nén đầu ống kim loại theo phương dọc trục - Thí nghiệm ép phồng ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm, biên dạng cần tạo Hình 4.8 đạt dộ xác kích thước, hình dáng hình học cần lực ép khoảng 22 lực Ngoài lực nén khối cao su tạo áp lực lòng ống kim loại, cần thêm lực nén đầu ống kim loại theo chiều dọc trục Để nén chiều dài ống, bù cho khoảng biến dạng phình ống Chiều dài nén dọc trục cần tương thích, nhịp nhàng với tốc độ định so với chiều dài khoảng nén khối cao su lịng ống kim loại Tuy nhiên điều kiện chưa đủ trang thiết bị nên tác giả chưa khảo sát tỉ lệ hai khoảng - Thí nghiệm ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm, lực ép máy lớn đạt khoảng 22 lực, khả cơng nghệ máy ép chế tạo cịn có hạn nên biên dạng tạo hình chưa mong muốn Chỉ khảo sát kết Hình 4.13 Cơng nghệ cần lực ép lớn cơng nghệ tạo hình nêu - Độ mịn hạt cao su có ảnh hưởng lớn đến trình thao tác biên dạng tạo hình Tuy nhiên vấn đề tác giả chưa có điều kiện nghiên cứu khảo sát 48 5.2 Nhận xét Ưu điểm công nghệ này: - Linh hoạt cơng nghệ, thực máy ép thủy lực thông thường, không cần phải máy móc chuyên dùng, phù hợp cho việc sản xuất chế tạo chi tiết nhỏ lẻ - Có thể tạo hình biên dạng phức tạp, vị trí tạo hình phức tạp mà phương pháp truyền thống khó làm - Phương pháp sử dụng cao su dạng hạt băm nhỏ Khi kết thúc trình ép tạo hình, hạt cao su đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu, giúp việc lấy sản phẩm cách dễ dàng Và phần cao su sử dụng nhiều lần ép Đây ưu điểm so với sử dụng vật liệu nén cao su dạng khối Bởi sử dụng cao su dạng khối, ép lực nén, lực căng bề mặt khối cao su ứng suất tạo khơng đồng tồn thể tích khối cao su Kết hợp với nhiệt sinh ma sát lịng khn, nên khối cao su dễ bị vỡ, phá hủy Nhược điểm cơng nghệ này: - Khó tạo hình cho ống kim loại có đường kính nhỏ - Biên dạng tạo hình cịn hạn chế độ sắc nét bề mặt 5.3 Khuyến nghị Do đề tài nghiên cứu mới, chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố nước giới Nên tác giả chưa có nhiều sở tảng cho nghiên cứu Trong trình nghiên cứu làm thực nghiệm cịn nhiều hạn chế, chi phí tốn kém, trang thiết bị có hạn Phải cải tiến, thay đổi trang thiết bị, khuôn ép nhiều lần để ép thành cơng mẫu sản phẩm Nên chưa thể thực khảo sát yếu tố như: - Khảo sát ảnh hưởng lực ép tác dụng lên khối cao su so với lực nén đầu ống kim loại theo chiều dọc trục, tỉ lệ chiều dài nén tốc độ nén hai đại lượng - Khảo sát ảnh hưởng lượng cao su, độ mịn hạt lòng ống kim loại - Khảo sát tính sản phẩm sau ép tạo hình 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Lê Văn Cương, Vật liệu kỹ thuật, Đại học Hàng hải, (2006) [2] Hoàng Tùng, Giáo trình Vật Liệu Cơ Khí Và Cơng Nghệ Cơ Khí, NXB Giáo Dục, 2006 [3] Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Un, Giáo trình Cơng nghệ gia cơng tấm, Nhà xuất Đại học Quốc gia - Tp.HCM [4] Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình cơng nghệ kim loại, Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM [5] Phan Văn Nghệ, Giáo trình Cơng nghệ dập thủy tĩnh, Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội, (2006) TIẾNG NƯỚC NGOÀI [6] M Jansson, Hydro-mechanical forming of aluminium tubes – On constitutive modelling and process design PhD Thesis Linkoping University (2006) [7] Masaaki MIZUMURA, Tohru YOSHIDA… Development of Hydroforming Technology, Nippon Steel Technical Report No 90 July 2004 [8] Muamar Benisa, Bojan Babic… Computer-aided Modeling of the Rubberpad Forming Process, (2012) [9] Maziar Ramezani, Tube bulging using rubber rods [10] Ahmetoglu, M., Altan, T (2000) Tube hydroforming: stateof-the-art and future trends Journal of Materials Processing Technology [11] S.S Ghorpade, S.H Gawande, Mathematical Model for Estimation of Hydroform Pressure & Coefficient of Friction in Tube Hydroformed Parts”, Department of Mechanical Engineering, M.E.S College of Engineering, S.P Pune University, India [12] Front Cover Ulrich Fischer, Mechanical and Metal trades Handbook, Verlag Europa-Lehrmittel, 2010 - Mechanical engineering 50 [13] Vasile Ceclan Sorin Grozav, Determination of the force required for the hydroforming of al 99,5, Technical University of Cluj Napoca, Faculty of Machine Building, Blv Muncii 103-105, Cluj Napoca, Romania INTERNET [14] Cao su, https://vi.wikipedia.org/wiki/Cao_su , truy cập ngày 10/02/2020 [15] Polyurethane, https://en.wikipedia.org/wiki/Polyurethane, truy cập ngày 10/02/2020 [16] Cao su silicone, http://vn.gh-material-es.com/news/what-is-the-differencebetween-rubber-and-sili-8442752.html , truy cập ngày 10/02/2020 [17] Con độ thủy lực total, https://www.trungtamthietbi.com/20-tan-con-doitotal-tht109202-18041.html, truy cập ngày 15/02/2020 [18] Loadcell, http://loadcell.com.vn/tin-tuc/loadcell-la-gi.html, truy cập ngày 10/12/2019 [19] Bộ hiển thị cho loadcell, https://cambienbaomuc.com/bo-hien-thi-gia-trican-loadcell/, truy cập ngày 10/12/2019 51 NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI KHI SỬ DỤNG VẬT LIỆU NÉN ĐÀN HỒI RESEARCH ON FORMING METAL TUBE TECHNOLOGY WHEN USING ELASTIC PRESSURE MATERIAL Vũ Đình Lâm Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng Những sản phẩm ống kim loại có biên dạng phức tạp, khơng thể thực biện pháp tạo dập thơng thường, trọng nghiên cứu phát triển phục vụ cho nhu cầu ngành công nghiệp đóng tàu, dầu khí, cơng nghiệp dân dụng… Một số phương pháp tạo hình kim loại tiên tiến mẻ phát triển, nhằm mục đích để giảm chi phí sản xuất tối ưu hóa cơng nghệ sản xuất, phù hợp với dạng sản xuất đơn Bài báo trình bày kết nghiên cứu cơng nghệ tạo hình ống kim loại sử dụng vật liệu nén chất đàn hồi – cao su dạng hạt Có phương pháp tạo hình cho ống kim loại nghiên cứu tính tốn, thiết kế thử nghiệm: nong rộng đầu ống, ép phồng ống, ép tạo hình biên dạng nhánh thân ống Kết thử nghiệm cho thấy công nghệ có khả tạo hình cho ống kim loại Từ khóa: Cao su tạo hình cho ống kim loại, tạo hình phồng ống, nong rộng đầu ống, tạo hình nhánh ABSTRACT In the era of constantly scientific and technological development Metal tubes products with complex profiles, it cannot be done by forming methods such as stamping, conventional forming, is an issue that is being researched to delelop further to provide for the demand of some industries in shipbuilding, oil and gas, civil industry … A number of advanced and new metal forming methods have been developed, in order to reduce production costs and optimize production technology, suitable for single production form The paper presents the research results of metal tube forming technology, when using elastic material - granular rubber There are methods of metal tube forming that have been studied, calculated, designed and tested: tube end bulging, bulging at the middle of a tube, T-branch forming Experiment results show this method demonstrates the ability to shape metal tubes Keywords: rubber forming for metal tube; bulge forming; end bulging; branch forming ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng Nhu cầu ngành cơng nghiệp đóng tàu, dầu khí, cơng nghiệp dân dụng…, ngày nhiều địi hỏi chất lượng kỹ thuật, tính mỹ cao Để có ống có biên dạng phức tạp khơng thể thực biện pháp tạo dập, nong thông thường Một số phương pháp tạo hình ống kim loại tiên tiến giới thiệu thập kỷ qua, sử dụng dụng cụ độc đáo chất lỏng, khí ga, mơi trường nhớt miếng đệm đàn hồi… Như tác nhân mang áp lực để thực việc tạo hình sản 52 phẩm Trong có phương pháp Hydroforming, sử dụng áp lực mơi trường chất lỏng, thay chày đột dập thơng thường để dập tạo hình biên dạng mong muốn cho sản phẩm theo khuôn dập Hiện công nghệ phát triển mạnh mẽ áp dụng rộng rãi Tuy nhiên để áp dụng công nghệ vào sản xuất cơng nghiệp, địi hỏi phải có máy móc chun dùng, chi phí đầu tư máy móc, chi phí sản xuất lớn, phù hợp cho sản xuất hàng loạt Một số chi tiết dạng ống có biên dạng phức tạp Hình 1.1 + Để phù hợp với chi phí tiến hành thí nghiệm, dễ dàng tìm mua thị trường, tạp chất, tính với chất Tác giả chọn loại ống kim loại để tiến hành làm thí nghiệm ống Đồng (CuZn28) [5], có đường kính ngồi Ø50mm, bề dày 1mm, chiều dài ống 200mm Hình 2.1 Hình 1.1: Một số sản phẩm ống kim loại có biên dạng phức tạp Vấn đề đặt để sản xuất chi tiết ống có hình dạng phức tạp, khơng thể thực phương pháp dập truyền thống, có kích thước lớn, số lượng hay sản xuất mẫu Nếu áp dụng cơng nghệ Hydroforming [2] chi phí đầu tư q lớn, cần cơng nghệ có chi phí đầu tư máy móc, thiết bị thấp, phù hợp với dạng sản xuất Công nghệ tạo hình cho ống kim loại sử dụng vật liệu nén đàn hồi – cao su dạng hạt băm nhỏ, nghiên cứu, thiết kế làm thí nghiệm khảo sát với dạng mơ hình tạo hình ống: nong rộng đầu ống, làm phồng ống tạo hình biên dạng nhánh thân ống Để chứng minh công nghệ có khả tạo hình cho ống kim loại MƠ HÌNH LÀM THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT Hình 2.1: Bản vẽ ống kim loại Đồng + Vật liệu nén đàn hồi: tác giả chọn loại cao su thiên nhiên, cắt nhỏ dạng hạt Hình 2.2 Hình 2.2: Cao su băm nhỏ dạng hạt 2.2 Xây dựng mơ hình, thí nghiệm khảo sát 2.2.1 Nong rộng đầu ống Để tiến hành thí nghiệm phương pháp này, mơ hình xây dựng Hình 2.3 Hình 2.4 2.1 Chọn vật liệu làm thí nghiệm 53 Ngun lý hoạt động: Hình 2.3: Mơ hình nong rộng đầu ống Hình 2.5: Nguyên lý phương pháp nong rộng đầu ống Chày ép mang lực ép từ máy ép thủy lực tác dụng lên khối cao su, lúc cao su chịu lực nén theo phương thẳng đứng, tạo áp lực theo phương ngang, bên lòng ống kim loại Làm cho ống kim loại bị biến dạng, phình rộng định hình theo biên dạng khn Hình 2.5 Khi q trình kết thúc, chày ép tịnh tiến lên, tiến hành mở khuôn Lúc phần hạt cao su đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu Mở khuôn, đổ phần cao su ngồi ta thu lấy sản phẩm ống kim loại nong rộng đầu ống Kết thúc chu trình làm việc Hình 2.4: Bản vẽ khuôn ép nong rộng đầu ống Trong mô hình Hình 2.3 gồm thành phần sau: - Ống kim loại sử dụng ống Đồng (CuZn28) với bề dày mm 2.2.2 Ép phồng ống Để tiến hành thí nghiệm, Mơ hình xây dựng Hình 2.6 Hình 2.7 Với chày ép theo hai đầu ống kim loại - Cao su cắt nhỏ, dạng hạt - Khn tạo hình ghép lại phần insert - Chày ép để truyền lực ép từ máy ép thủy lực vào khối cao su, tạo lực nén lịng ống, tạo hình cho ống kim loại Hình 2.6: Mơ hình thí nghiệm ép phồng ống 54 trình thao tác ép chày chày phiên xen kẽ Nhưng hành trình ép chày nhiều để tạo lực nén lòng ống kim loại Cịn chày hành trình hơn, có nhiệm vụ nén đầu ống kim loại phía trên, để nén chiều dài ống Kết hợp với lực ép lịng khn chày dưới, để định hình biên dạng ống kim loại, tạo hình theo biên dạng mong muốn lịng khn Kết thúc q trình ép, chày ép tịnh tiến khỏi lịng khn, khối cao su đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu Sau mở khn ta lấy sản phẩm ống tạo hình ngồi Kết thúc chu trình làm việc 2.2.3 Ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại Hình 2.7: Bản vẽ khn ép tạo hình phồng ống kim loại Để tiến hành thí nghiệm, mơ hình xây dựng Hình 2.9 Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động: Hình 2.8: Mơ hình ép phồng ống Gá đặt khn chày máy dập thủy lực, chỉnh vị trí xác Ống kim loại đặt vào lịng khn, điền đầy hạt cao su vào lịng ống kim loại Ép chày cho nén khối cao su chạm vào mặt phơi ống kim loại Sau ép chày vào phần thể tích cao su với lực định để tạo biến dạng Lúc khối cao su chịu lực nén lịng khn từ chày ép, tạo áp lực nén theo phương ngang lòng ống kim loại Làm cho ống kim loại phồng lên theo biên dạng rỗng tạo sẵn khuôn Hình 2.18 Trong q Hình 2.9: Mơ hình thí nghiệm tạo hình nhánh thân ống Trong mơ hình gồm thành phần sau: - Ống kim loại sử dụng ống Đồng (CuZn28) với bề dày mm - Cao su cắt nhỏ, dạng hạt - Khn tạo hình với biên dạng nhánh T Hình 2.9 Ở khn ép ghép lại nửa đối xứng - Chày ép phía để truyền lực ép từ máy ép thủy lực vào khối cao su, tạo lực nén, tạo hình cho ống kim loại 55 biên dạng nhánh T Hình 2.11 Kết thúc chu trình ép, chày ép tịnh tiến lên, cao su đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu Sau mở khn ta lấy sản phẩm ống tạo hình ngồi KẾT QUẢ 3.1 Kết thí nghiệm nong rộng đầu ống Sau nhiều lần tiến hành ép thử, với lực ép thay đổi tăng dần, tương ứng: 6T, 8T, 10T, 12T,14T… Tác giả có sản phẩm nong rộng đầu ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi - cao su dạng hạt Hình 3.1 Bảng 3.1 Hình 2.10: Biên dạng khn ép biên dạng sản phẩm tạo hình nhánh ống Nguyên lý hoạt động: Hình 3.1: Sản phẩm Nong rộng đầu ống Trong q trình thực nghiệm có nhiều lần không thành công, lỗi Như sản phẩm sau ép Hình 3.2 Hình 3.2: Sản phấm lỗi Nong rộng đầu ống Hình 2.11: Nguyên lý phương pháp tạo hình nhánh thân ống Gá đặt khn ép chày trên, chày máy dập thủy lực, chỉnh vị trí Ống kim loại đặt vào lịng khn, cao su điền đầy vào lòng ống kim loại Chày ép đồng thời tịnh tiến truyền lực ép lên khối cao su lịng ống kim loại Hình 2.11 Trong trường hợp hành trình ép chày Lúc cao su chịu lực nén từ chày ép, tạo áp lực lòng ống kim loại Làm cho ống kim loại biến dạng, phồng lên tạo thành Bảng 3.1: Kết biên dạng ống sau ép nong rộng đầu, với lực ép thay đổi 56 Hình 3.3: Biểu đồ so sánh đường kính ống sau Nong rộng đầu ống với lực ép thay đổi 3.2 Kết thí nghiệm ép phồng ống Hình 3.6: Biểu đồ so sánh đường kính ống kim loại sau ép phồng ống, với lực ép thay đổi Tiến hành ép thử, với lực ép thay đổi tăng dần qua lần ép: 14T, 16T, 18T, 20T, 22T, Tác giả có sản phẩm ép phồng ống Hình 3.4 Bảng 3.2 Trong q trình thực nghiệm có nhiều lần không thành công, lỗi Như sản phẩm sau ép Hình 3.5 Hình 3.4: Sản phẩm sau thực nghiệm Ép phồng ống kim loại Hình 3.5: Sản phẩm lỗi ép phồng ống 3.2 Kết thí nghiệm ép phồng ống Sau nhiều lần tiến hành ép thử, tương ứng với lực ép: 18T, 19T, 20T, 21T, 22T Tác giả có sản phẩm ép phồng nhánh thân ống kim loại Hình 3.7 Bảng 3.3 Bảng 3.2: Kết biên dạng ống sau ép phồng ống, với lực ép thay đổi Hình 3.7: Sản phẩm sau thực nghiệm ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại 57 Bảng 3.3: Kết biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi - Thí nghiệm ép phồng ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm, cần lực ép khoảng 22 lực Ngoài lực nén khối cao su, tạo áp lực lòng ống kim loại, cần thêm lực nén đầu ống kim loại theo chiều dọc trục Nén chiều dài ống, bù cho khoảng biến dạng phình ống Chiều dài nén dọc trục cần tương thích, nhịp nhàng, với tốc độ định so với chiều dài khoảng nén khối cao su lịng ống kim loại Tuy nhiên điều kiện chưa đủ trang thiết bị nên tác giả chưa khảo sát tỉ lệ hai khoảng - Thí nghiệm ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm, công suất máy ép làm thí nghiệm lớn đạt khoảng 22 lực, nên biên dạng tạo hình chưa mong muốn Chỉ khảo sát kết Hình 3.7; Hình 3.8 Phương pháp cần lực ép lớn phương pháp tạo hình nêu - Hình 3.8: Đồ thị biên dạng lồi lên ống sau ép phồng biên dạng nhánh ống, với lực ép thay đổi KẾT LUẬN Hướng nghiên cứu tiếp tục tương lai cần khảo sát thêm ảnh hưởng độ mịn hạt cao su, chiều dài nén khối cao su, ma sát, nhiệt độ đến độ xác kích thước, hình dáng hình học sản phẩm Cũng khảo sát thêm phần tính sản phẩm sau tạo hình Qua kết thực nghiệm thực cho thấy: - Chứng minh công nghệ sử dụng vật liệu nén đàn hồi - cao su dạng hạt, có khả tạo hình cho ống kim loại Đồng - Thí nghiệm tạo hình nong rộng đầu ống kim loại Đồng (CuZn28) dày 1mm, để đạt biên dạng, độ xác hình dáng hình học, cần lực ép khoảng 14 lực Lực ép tác dụng lên khối cao su, tạo áp lực nén lịng ống, tạo dược biên dạng sản phẩm mong muốn mà không cần lực nén đầu ống kim loại theo phương dọc trục 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Nghệ, Giáo trình Cơng nghệ dập thủy tĩnh, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, (2006) [2] M Jansson, Hydro-mechanical forming of aluminium tubes – On constitutive modelling and process design, PhD Thesis Linkoping University (2006) Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Vũ Đình Lâm Điện thoại: 0976876025 Email: vudinhlamckc@gmail.com [3] Masaaki MIZUMURA, Tohru YOSHIDA… Development of Hydroforming Technology, Nippon Steel Technical Report No 90 July 2004 [4] Vasile Ceclan Sorin Grozav, Determination of the force required for the hydroforming of al 99,5, Technical University of Cluj Napoca, Faculty of Machine Building, Blv Muncii 103-105, Cluj Napoca, Romania [5] Front Cover Ulrich Fischer, Mechanical and Metal trades Handbook, Verlag Europa-Lehrmittel, 2010 Mechanical engineering 59 ... ống, sử dụng vật liệu nén đàn hồi 21 3.4.2.2 Ép phồng ống kim loại sử dụng vật liệu nén đàn hồi 24 3.4.2.3 Ép tạo hình biên dạng nhánh cho ống kim loại, sử dụng vật liệu nén đàn hồi ... có nghiên cứu công bố hướng nghiên cứu tạo hình cho ống kim loại thơng qua vật liệu nén chất đàn hồi 1.1.2 Các nghiên cứu nước Trên giới có cơng trình nghiên cứu cơng nghệ tạo hình ống kim loại, ... nghiệm chứng minh khả tạo hình cho ống kim loại Khi sử dụng vật liệu nén đàn hồi cao su dạng hạt Hình 3.4 Hình 4: Cao su dạng hạt, sử dụng làm vật liệu nén tạo hình ống kim loại ban đầu 17 - Quy