cụng nghệ
Trờn cơ sở sơ đồ thớ nghiệm nhƣ hỡnh 3.1, đề tài đó tiến hành thiết kế, chế tạo stend thớ nghiệm phƣơng phỏp dập thuỷ cơ. Stend này dựng để thớ nghiệm chế tạo cỏc chi tiết khụng gian rỗng từ phụi tấm với sản phẩm là cỏc chi tiết dạng vỏ mỏng cú kết cấu đối xứng trục từ cỏc vật liệu nhụm và thộp.
Thực nghiệm phƣơng phỏp dập thuỷ cơ đƣợc tiến hành trờn mỏy ộp thuỷ lực (METL) -125 tại phũng thớ nghiệm Bộ mụn GCAL - ĐHBK Hà Nội. Stend thớ nghiệm gồm 3 mụđun chớnh:
- Thiết bị: METL cú ký hiệu - 125.
- Khuụn thớ nghiệm: Do đề tài thiết kế, chế tạo và lắp rỏp cựng cỏc thiết bị thuỷ lực.
- Hệ thống đo: Gồm hai phần là đầu đo, cảm biến cú kết nối mỏy tớnh, đo hai thụng số cơ bản của quỏ trỡnh là ỏp suất chất lỏng và hành trỡnh dập.
Sau đõy, ta sẽ mụ tả những thiết bị và hệ thống dụng cụ trong bộ Stend thớ nghiệm phƣơng phỏp dập thuỷ cơ.
3.2.1. Thiết bị
Mỏy ộp thuỷ lực - 125 cú cỏc thụng số cơ bản sau: - Lực ộp danh nghĩa: 125 Tấn
- Kớch thƣớc mỏy: 800 x 800 x 2100 - Chiều dài hành trỡnh tối đa: 1,2 m - Kớch thƣớc bàn mỏy: 450 x 450
- Áp suất chất lỏng tối đa: 250 KG/cm2 (25 MPa) - Tốc độ đầu trƣợt: Điều khiển vụ cấp
Mỏy gồm hai phần chớnh: Phần điều khiển và phần cụng tỏc. Ta cú thể điều khiển đƣợc tốc độ của đầu trƣợt, hành trỡnh, lực mỏy. Xi lanh và pittụng thuỷ lực đƣợc nằm ở phớa duới của phần cụng tỏc.
3.2.2. Khuụn thớ nghiệm dập thuỷ cơ
Đõy là một mụđun quan trọng của stend thớ nghiệm. Đề tài đó tiến hành thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh 01 bộ khuụn thớ nghiệm. Trờn hỡnh 3.2 là bản vẽ lắp kết cấu bộ khuụn thớ nghiệm dập thuỷ cơ.
Nửa khuụn trờn Nửa khuụn dưới
Hỡnh 3.4. Khuụn dập thủy cơ Khuụn hoàn chỉnh Hỡnh 3.3. Mỏy ộp thuỷ lực - 125
Trong bộ khuụn thớ nghiệm, cú hai phần chớnh là phần khuụn và phần thuỷ lực. Kết cấu và nhiệm vụ chớnh của mỗi phần nhƣ sau:
- Phần khuụn: Kết cấu của bộ khuụn gần giống với khuụn dập vuốt bỡnh thƣờng (chày cứng, cối cứng), chỉ cú khỏc biệt lớn nhất là trong lũng cối đƣợc điền đầy chất lỏng (cú thể là dung dịch ờmunxi, dầu hoặc nƣớc). Khe hở giữa chày và vành cối cú giỏ trị lớn hơn so với khuụn dập thƣờng.
- Phần hệ thống thuỷ lực: Phần này gồm cú cỏc van, đồng hồ thuỷ lực, cỏc đƣờng ống và cỳt thuỷ lực, cú nhiệm vụ duy trỡ ỏp suất cao, bảo vệ hệ thống khụng bị quỏ tải do ỏp suất vƣợt quỏ giới hạn gõy ra phỏ huỷ hệ thống (trong hỡnh vẽ khụng thể hiện, bởi cỏc chi tiết này đƣợc lắp ghộp phớa ngoài, bằng cỏc mối ghộp ren…)
3.2.2.1. Kết cấu của bộ khuụn.
Bộ khuụn dập thuỷ cơ đƣợc thể hiện trờn hỡnh 3.2 và hỡnh 3.4. Để thay đổi sản phẩm cú hỡnh dỏng, kớch thƣớc khỏc nhau, ta chỉ cần thay đổi ba chi tiết chớnh là: Chày dập; vành cối và vũng chặn phụi. Do điều kiện, đề tài chỉ tiến hành thực nghiệm chế tạo cỏc chi tiết đối xứng, cú hỡnh dỏng, kớch thƣớc khỏc nhau, và do vậy ta chỉ cần thay đổi chi tiết chày dập trong mỗi lần thớ nghiệm.
Chất lỏng đƣợc sử dụng trong thớ nghiệm là dung dịch ờmunxi 5%. Đồng thời, cú thể thay thế bằng nƣớc để nghiờn cứu.
Lực ộp biờn trong dập thuỷ cơ thƣờng đƣợc sử dụng bằng thuỷ lực hoặc khớ nộn. Khi đú, sẽ tạo đƣợc lực ộp biờn khụng đổi trong quỏ trỡnh tạo hỡnh và hoàn toàn cú thể điều chỉnh đƣợc. Tuy vậy, kết cấu nhƣ vậy rất phức tạp và đũi hỏi kinh phớ lớn. Do điều kiện thực tế, lực ộp biờn trong bộ khuụn thớ nghiệm đƣợc tạo ra bằng lực nộn của cỏc lũ xo.
Số lƣợng, kớch thƣớc của cỏc lũ xo phụ thuộc vào độ lớn của lực ộp biờn cần thiết. Lực ộp biờn này cú hai vai trũ chớnh là chống nhăn và mất ổn định ở phần vành phụi do sự biến dày trong quỏ trỡnh dập, đồng thời phải đủ lớn để bịt kớn, ngăn ngừa sự tổn thất ỏp suất do cú sự thoỏt chất lỏng trờn bề mặt giữa phụi và vành cối. Tuy nhiờn, lực ộp biờn này khụng đƣợc quỏ lớn, nếu khụng sẽ tạo lực ma sỏt lớn,
khụng làm cho vành phụi chuyển động khi dập, do vậy sẽ làm kộo đứt phụi tại tiết diện nguy hiểm.
Tớnh toỏn lực ộp biờn:
Cú thể căn cứ vào cỏc tài liệu cụng nghệ dập tấm để xỏc định độ lớn lực ộp biờn vỡ hiện nay chƣa cú một tài liệu về dập thuỷ cơ nào đƣa ra cụng thức này. Theo [12], lực ộp biờn cú thể đƣợc xỏc định theo cụng thức: Q = k D02 (d 2rM)2q 4 (3.1) Trong đú: D - Đƣờng kớnh phụi d - Đƣờng kớnh sản phẩm q - ỏp lực riờng ộp biờn k - hệ số, tớnh đến lực cần thiết để bịt kớn chất lỏng cao ỏp; k = 1,3 - 1,5
Khi dập thộp mềm, trị số của ỏp lực ộp biờn q cú thể đƣợc xỏc định gần đỳng theo cụng thức [12]: Q = 0,2 s D d D 100 2 , 1 0 0 q (KG/mm2) (3.2) Trong đú: s - chiều dày ban đầu của phụi
Cũn khi dập hợp kim nhụm, giỏ trị lực ộp biờn cú thể đƣợc lấy gần đỳng: q = 1,5 - 2 N/mm2.
3.2.2.2. Phần thuỷ lực
Khi dập thuỷ cơ, phần thuỷ lực bao gồm cỏc phần tử chớnh nhƣ sau:
- Van tràn (cú qmax = 100 MPa): Van tràn cú nhiệm vụ duy trỡ ỏp suất chất lỏng ở một giỏ trị nhất định. Giỏ trị này cú thể điều khiển đƣợc bằng cỏch điều chỉnh lực nộn ban đầu của lũ xo. Điều này nhằm đảm bảo nghiờn cứu đặc điểm biến dạng của kim loại ở cỏc giỏ trị ỏp suất khỏc nhau.
- Bơm thuỷ lực cao ỏp (cú q = 20 - 30 MPa): Bơm này cú nhiệm vụ bơm chất lỏng cao ỏp trong thời điểm đầu khi chày chuẩn bị tiếp xỳc và nộn phụi. Mục đớch của việc bơm chất lỏng này là để phụi ộp chặt vào chày vuốt, khi đú sẽ tăng tớnh ổn
- Van một chiều (cú qmax = 100 MPa): Van một chiều đƣợc nối với bơm cao ỏp cú nhiệm vụ là chỉ để chất lỏng từ bơm vào bệ thuỷ lực, ngăn khụng cho chất lỏng chảy theo chiều ngƣợc lại khi nú đó bị nộn do chày đi xuống.
- Đồng hồ đo ỏp suất: Đồng hồ này xỏc định giỏ trị ỏp suất, đồng thời để đo kiểm senxo đo ỏp suất chất lỏng (sẽ trỡnh bày ở phần sau).
- Hệ thống đƣờng ống, cỏc cỳt nối thuỷ lực, cỏc doăng bịt kớn: Cú nhiệm vụ truyền dẫn, bịt kớn thuỷ lực.
Tuy vậy, do điều kiện thực tế về kinh phớ và thời gian hạn chế, phần thuỷ lực trong stend thớ nghiệm bao gồm cỏc chi tiết thiết yếu là: Van tràn; đồng hồ thuỷ lực và hệ thống đƣờng ống, cỳt nối thuỷ lực, doăng bịt kớn. Qua thực nghiệm cho thấy rằng, cỏc phần tử thuỷ lực này đủ đảm bảo điều kiện làm việc của stend thớ nghiệm dập thuỷ cơ.
3.2.3. Hệ thống đo lường cỏc thụng số cụng nghệ
Đõy là một mụđun chớnh, quan trọng trong stend thớ nghiệm dập thuỷ cơ. Căn cứ vào đặc điểm cụng nghệ cũng nhƣ điều kiện thực tế, đề tài chỉ tiến hành đo hai thụng số cụng nghệ cơ bản là ỏp suất chất lỏng p và chiều cao tƣơng đối của sản phẩm h/d (do đƣờng kớnh d là đƣờng kớnh của chày dập nờn chỉ cần đo hành trỡnh). Đõy chớnh là hai thụng số cụng nghệ quan trọng cú tớnh chất quyết định đến khả năng biến dạng của kim loại trong quỏ trỡnh dập thuỷ cơ. Sơ đồ khối của hệ thống đo cỏc thụng số này đƣợc thể hiện trờn hỡnh 3.5.
áp suất cần đo đo áp suấtCảm biến Bộ khuyếch đại tín hiệu
CPUHành Hành trình máy Bộ đếm và xử lý tín hiệu Cảm biến đo chuyển vị Cảm biến đo chuyển vị dài
Nguyờn lớ làm việc của hệ thống nhƣ sau: Khi chày đi xuống, bắt đầu nộn chất lỏng thỡ hệ thống bắt đầu làm việc (chƣơng trỡnh điều khiển phỏt tớn hiệu đo). Cỏc tớn hiệu cần đo là ỏp suất chất lỏng và hành trỡnh. Nửa khuụn dƣới đi lờn, chuyển dịch của nú đƣợc ghi lại bằng cảm biến đo chuyển vị dài, đƣợc truyền đến bộ đếm và xử lớ tớn hiệu và sau đú đƣợc đƣa vào mỏy tớnh. Đồng thời, khi cú sự thay đổi của ỏp suất chất lỏng, sẽ đƣợc cảm biến đo ỏp suất dạng màng phỏt hiện. Tớn hiệu này đƣợc khuyếch đại qua bộ khuyếch đại cơ, sau đú đƣợc cảm biến đo chuyển vị ghi lại, chuyển thành tớn hiệu số và truyền đến mỏy tớnh. Mỏy tớnh ghi tất cả cỏc tớn hiệu ỏp suất và hành trỡnh cựng thời gian vào file dữ liệu.
Độ phõn giải của bộ đo hành trỡnh là 0,02 mm. Độ phõn giải của bộ đo chuyển vị màng là 0,625 m (ứng với 0,227 MPa - sẽ tớnh toỏn ở phần dƣới). File dữ liệu sẽ ghi lại cỏc tớn hiệu trờn nếu cú một trong hai tớn hiệu đú thay đổi.
3.2.3.1. Đo ỏp suất chất lỏng
Việc đo ỏp suất chất lỏng bằng đồng hồ đo ỏp nhƣ đó mụ tả trong phần hệ thống thuỷ lực chỉ cho ta biết giỏ trị của ỏp suất thuỷ lực tại một vài thời điểm, khụng cho phộp nghiờn cứu đƣợc ảnh hƣởng của ỏp suất chất lỏng tới quỏ trỡnh biến dạng khi dập. Vỡ vậy, để xỏc định đƣợc ảnh hƣởng của ỏp suất chất lỏng tới quỏ trỡnh biến dạng, đề tài đó tiến hành thiết kế và chế tạo một bộ đo ỏp suất chất lỏng cú kết nối với mỏy tớnh. Kết quả nhận đƣợc của hệ thống này, ta xỏc định đƣợc sự thay đổi của ỏp suất chất lỏng theo thời gian q = f(t).
Do ỏp suất chất lỏng là rất lớn (300 - 1000 KG/cm2 hay 30 - 100 MPa), hơn nữa những dụng cụ đo ỏp suất chất lỏng trờn thị trƣờng chỉ nằm trong khoảng 0 - 320 KG/cm2, nờn để đo ỏp suất chất lỏng, cần phải đo một cỏch giỏn tiếp thụng qua đo biến dạng của cốc chuẩn do ỏp suất chất lỏng gõy ra. Từ mức độ biến dạng của cốc chuẩn đo đƣợc, hoàn toàn cú thể xỏc định đƣợc ỏp suất chất lỏng trong cốc.
Nguyờn lớ làm việc của hệ thống đo ỏp suất nhƣ sau: Khi ỏp suất chất lỏng tăng (do chày nộn xuống), sẽ làm biến dạng đàn hồi cốc. Cốc cú cấu tạo đỏy mỏng so với thành, phần đỏy cốc cú thể coi nhƣ lớp màng mỏng. Dƣới tỏc dụng của chất lỏng cao ỏp, phần đỏy sẽ bị biến dạng nhiều hơn so với phần thành. Cú thể xỏc định mức độ biến dạng này theo lớ thuyết, bằng mụ phỏng và thực nghiệm. Đầu đo tiến
hành đo biến dạng của màng đỏy cốc, cỏc tớn hiệu đo đƣợc sẽ chuyển đổi thành tớn hiệu số bằng mạch điện tử và đƣợc ghi vào file dữ liệu. Kết quả thu đƣợc là bảng giỏ trị mức độ biến dạng của cốc theo thời gian. Từ giỏ trị mức độ biến dạng thu đƣợc, ta sẽ tớnh đƣợc ỏp suất chất lỏng (tỏc nhõn gõy ra biến dạng của mỏng đỏy cốc), và nhƣ vậy sẽ xõy dựng đƣợc đồ thị ỏp suất chất lỏng p theo thời gian.
3.2.3.2. Đo hành trỡnh
Cú nhiều tiờu chuẩn để đỏnh giỏ mức độ biến dạng của kim loại trong quỏ trỡnh dập thuỷ cơ, trong đú ngƣời ta cú thể căn cứ vào chiều sõu tƣơng đối của sản phẩm dập y = 100%
d h
. Rừ ràng, mức độ biến dạng của kim loại tỉ lệ thuận với chiều cao tƣơng đối của sản phẩm.Để xỏc định chiều cao tƣơng đối, do đƣờng kớnh phụi là khụng đổi (bằng đƣờng kớnh chày dập), nờn ta chỉ cần đo hành trỡnh h của chày dập.
Bộ đo hành trỡnh cú cấu tạo khỏ đơn giản, bao gồm: Một thƣớc thẳng gắn cố định trờn mỏy, trờn thƣớc cú con trƣợt, trong đú cú một cảm biến. Tớn hiệu đo đƣợc đƣợc truyền qua mạch điện tử, chuyển đổi thành tớn hiệu số và đƣợc lƣu vào cỏc file dữ liệu. Độ chớnh xỏc của phộp đo hành trỡnh này là 0,02 mm (20 m). Kết quả lƣu trong file là sự phụ thuộc của hành trỡnh theo thời gian.
Biết đƣợc đƣờng kớnh của chày dập, ta hoàn toàn xỏc định đƣợc sự phụ thuộc của chiều cao tƣơng đối y = 100%
d h
theo thời gian.
Cỏc dữ liệu hành trỡnh - thời gian và mức độ của biến dạng của đỏy cốc - thời gian đƣợc ghi chung vào một file dữ liệu. Căn cứ vào đú, ta cú thể xỏc định đƣợc sự phụ thuộc của ỏp suất chất lỏng - thời gian (q - t); chiều cao tƣơng đối sản phẩm dập
- thời gian (
d h
- t). Từ sự phụ thuộc của hai tham số cụng nghệ này theo tham số thời gian, ta hoàn toàn cú thể xỏc định đƣợc quan hệ chiều cao tƣơng đối - ỏp suất chất lỏng ( 100%
d h