ở chế độ tối ƣu
Hình 4. 35. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm khi dập 08Cr18Ni10 ở chế độ tối ƣu ở chế độ tối ƣu -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 M ức đ ộ b iến m ỏn g, % Vị trí đo, mm Mơ phỏng Thực nghiệm Y = 19,64% Z = 0,91 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Mức độ b iến m ỏng, % Vị trí đo, mm Mơ phỏng Thực nghiệm Y = 21,36% Z = 1,10
Hình 4. 36. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm khi dập các vật liệu khác nhau với cùng một mức độ biến dạng
Từ đồ thị hình 4.36 cho thấy sản phẩm dập từ vật liệu Cu99.97 có chiều dày thành kém đồng đều nhất. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm khi dập thép C08s là tốt nhất.
Ngoài ra, trên cơ sở chế độ tối ƣu các thông số công nghệ, tác giả cũng tiến hành thử nghiệm tạo hình một chi tiết có hình cơn nhƣng biên dạng phức tạp, đó là chi tiết có rãnh dọc theo đƣờng sinh và cho kết quả tốt (hình 4.37).
Cu99.97 C08s 08Cr18Ni10 Hình 4. 37. Sản phẩm dập thủy cơ có hình dạng phức tạp -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mức độ b iến m ỏng, % Vị trí đo, mm Cu99.97 C08s 08Cr18Ni10
Có thể thấy, với các chi tiết hình dạng nhƣ trên nếu bằng phƣơng dập thơng thƣờng rất khó có thể tạo hình với 01 ngun cơng dập. Bên cạnh đó, bề mặt sản phẩm dễ bị xƣớc và nhăn trong q trình kéo phơi vào cối. Trong khi đó, sản phẩm dễ dàng đƣợc tạo hình chỉ qua một ngun cơng dập thủy cơ với hình dạng các rãnh khá rõ nét. Đồng thời bề mặt sản phẩm thu đƣợc nhẵn bóng, khơng bị xƣớc hay nhăn. Điều này chứng tỏ tính ƣu việt nổi trội của dập thủy cơ so với dập thông thƣờng.
* Nhận xét chung: Từ các kết quả thực nghiệm và phân tích có thể nhận xét khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn từ ba loại vật liệu Cu99.97, thép C08s và 08Cr18Ni10 nhƣ sau:
- Chi tiết dạng côn cao đƣợc chọn trong nghiên cứu đƣợc tạo hình thành cơng chỉ qua 01 nguyên công dập thủy cơ.
- Áp suất chất lỏng (cả áp suất chất lỏng ban đầu và áp suất chất lỏng tạo hình) có vai trị hết sức quan trọng trong dập thủy cơ. Trong khoảng giá trị nghiên cứu, tỷ số áp suất chất lỏng càng tăng và áp lực chặn càng giảm sẽ làm giảm mức độ biến mỏng vật liệu ở các tiết diện nguy hiểm, đồng thời làm tăng khả năng biến dạng của vật liệu thông qua việc tăng chiều cao tƣơng đối của sản phẩm dập.
- Tỷ số áp suất chất lỏng Kq phụ thuộc khoảng cách giá trị giữa áp suất chất lỏng ban đầu và áp suất chất lỏng tạo hình. Tỷ số Kq càng lớn thì khoảng cách giá trị của áp suất chất lỏng ban đầu và áp suất chất lỏng tạo hình càng lớn. Thực nghiệm trong điều kiện trang thiết bị phịng thí nghiệm Gia cơng áp lực của Học viện Kỹ thuật quân sự cho thấy áp suất tạo hình là nhỏ nhất đối với Cu99.97 (tối đa khoảng 20MPa) và lớn nhất đối với 08Cr18Ni10 (tối đa khoảng 60 MPa), giá trị này đối với thép C08s là 40 MPa.
- Áp lực chặn là thông số quan trọng có ảnh hƣởng mạnh đến mức độ biến mỏng cũng nhƣ khả năng biến dạng của vật liệu. Thép 08Cr18Ni10 yêu
cầu dập với áp lực chặn lớn từ 12 đến 22 MPa, thép C08s từ 5 đến 9 MPa. Cu99.97 yêu cầu có áp lực chặn nhỏ hơn, từ 3 đến 7 MPa.
- Về mức độ biến mỏng và khả năng biến dạng của vật liệu, các kết quả thí nghiệm cho thấy, Cu99.97 có mức độ biến mỏng lớn nhất (đến 33,73%), thép C08s có mức độ biến mỏng nhỏ nhất (đến 26,90%). Thép khơng gỉ 08Cr18Ni10 có mức độ biến mỏng trung bình (đến 27,17%).
Chiều cao tƣơng đối thu đƣợc khi dập 08Cr18Ni10 là lớn nhất (đến 1,2), Cu99.97 là nhỏ nhất (đến 0,89). Chiều cao tƣơng đối lớn nhất đối với thép C08s là 0,90. Điều này cho thấy, khả năng biến dạng hơn nữa của Cu99.97 là rất nhỏ, trong khi 08Cr18Ni10 cịn có khả năng biến dạng mạnh hơn nếu năng lực trang thiết bị thí nghiệm đủ đáp ứng theo yêu cầu.
- Khẳng định ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng pháp dập thủy cơ trong tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp so với dập thơng thƣờng, đã tạo hình đƣợc chi tiết có hình dáng phức tạp với 01 ngun cơng dập, trong khi rất khó tạo hình bằng phƣơng pháp dập truyền thống.
4.5. Kết luận chƣơng 4
Trong chƣơng 4 đã tiến hành thiết lập bài toán thực nghiệm dập thủy cơ chi tiết dạng côn trên cơ sở phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm tiến hành trên ba loại vật liệu là Cu99.97, thép C08s và thép khơng gỉ 08Cr18Ni10. Các kết quả thí nghiệm đã đƣợc phân tích, đánh giá với các nội dung sau:
- Tạo hình thành cơng chi tiết dạng cơn cao và chi tiết dạng cơn có rãnh dọc theo đƣờng sinh chỉ qua 01 nguyên công dập thủy cơ. Điều này khẳng định khả năng tạo hình vƣợt trội của dập thủy cơ so với dập truyền thống.
- Đã xây dựng đƣợc các phƣơng trình hồi quy (các phƣơng trình từ 4.4 đến 4.9) biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố: Áp suất chất lỏng (thông qua tỷ số giữa áp suất chất lỏng ban đầu và áp suất chất lỏng tạo hình Kq), áp lực chặn qc và chiều dày tƣơng đối của phôi s*
đến hàm mục tiêu là mức độ biến mỏng của vật liệu và chiều cao tƣơng đối của sản phẩm.
- Đánh giá đƣợc mức độ ảnh hƣởng của từng yếu tố đến mục tiêu nghiên cứu thơng qua các phƣơng trình từ 4.1a đến 4.6c.
- Đã thực hiện giải bài tốn tối ƣu các thơng số cơng nghệ với mục tiêu là mức độ biến mỏng nhỏ nhất và chiều cao tƣơng đối lớn nhất. Từ đó xác định đƣợc bộ các thông số công nghệ tối ƣu cho mỗi loại vật liệu.
- Cu99.97 có mức độ biến mỏng lớn nhất, thép C08s có mức độ biến mỏng nhỏ nhất. Cịn thép khơng gỉ 08Cr18Ni10 có mức độ biến mỏng trung bình. Trong khi đó, chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 lại nhỏ nhất, 08Cr18Ni10 đạt chiều cao tƣơng đối lớn nhất. Từ đó khẳng định thép khơng gỉ 8Cr18Ni10 cịn có khả năng biến dạng nhiều hơn nữa nếu điều kiện trang thiết bị cho phép.
- Kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm là tƣơng đồng. Điều đó khẳng định hiệu quả của mô phỏng số với vai trị là cơng cụ hỗ trợ nghiên cứu.
Các kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu, khảo sát, tính tốn cơng nghệ tạo hình chi tiết dạng cơn theo hƣớng hiệu quả và nâng cao chất lƣợng sản phẩm.
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1. Kết luận
Luận án đã đƣợc hoàn thành theo đúng mục tiêu đề ra với các kết quả cơ bản nhƣ sau:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ dập thủy cơ, đã làm rõ các vấn đề cơ bản của công nghệ và các vấn đề đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới và trong nƣớc nghiên cứu về dập thủy cơ. Từ đó đã xác định đƣợc nội dung cần nghiên cứu cho luận án.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết bài tốn dập thủy cơ chi tiết hình cơn. Mơ hình tốn của cơng nghệ dập thủy cơ cho phép xác định trƣờng ứng suất – biến dạng tại ổ biến dạng trong các vùng biến dạng đặc trƣng. Trên cơ sở phân tích lý thuyết, luận án đã xác định sơ bộ các thơng số cơng nghệ chính, là cơ sở quan trọng để xác định các thông số công nghệ trong mô phỏng số và nghiên cứu thực nghiệm dập thủy cơ.
- Mơ phỏng số q trình dập thủy cơ chi tiết hình cơn 03 loại vật liệu cơ bản là Cu99.97, thép C08s, 08Cr18Ni10 với 03 loại chiều dày tƣơng đối là s* = 0,6%; 0,8% và 1,0%. Kết quả mô phỏng cho thấy áp lực chặn và tỷ số áp suất chất lỏng có ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng tạo hình. Khi áp lực chặn và tỷ số áp suất chất lỏng nhỏ, vành phơi sẽ bị nhăn hoặc khơng tạo hình đƣợc. Tuy nhiên, khi áp lực chặn tăng, mức độ biến mỏng tăng, nếu cao quá sẽ xuất hiện rách phôi tại tiết diện nguy hiểm. Khi tăng tỷ số áp suất chất lỏng, mức độ biến mỏng thành giảm đi. Thông qua mô phỏng số, xác định đƣợc sơ bộ khoảng giá trị hợp lý của áp lực chặn và tỷ số áp suất chất lỏng cho từng loại vật liệu: qc = 2 ÷ 7,5 MPa, Kq = 0,14 ÷ 0,53 đối với Cu99.97; qc = 5 ÷ 10,5 MPa, Kq = 0,06 ÷ 0,26 đối với C08s và qc = 10 ÷ 24 MPa, Kq = 0,1 ÷ 0,26 đối với thép 08Cr18Ni10.
- Đã tiến hành thực nghiệm quá trình dập thủy cơ chi tiết hình cơn với 03 loại vật liệu cơ bản là Cu99.97, thép C08s và 08Cr18Ni10 dựa trên phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm. Từ đó thiết lập đƣợc các phƣơng trình mơ tả ảnh hƣởng của các thông số công nghệ cơ bản là: Tỷ số áp suất chất lỏng Kq, áp lực chặn qc, chiều dày tƣơng đối của phôi s* đến mục tiêu nghiên cứu là mức độ biến mỏng thành sản phẩm tại vị trí nguy hiểm ε và chiều cao tƣơng đối khi dập h*. Từ các kết quả thực nghiệm chỉ ra, với cùng chế độ cơng nghệ, Cu99.97 có mức độ biến mỏng lớn nhất (khoảng 33,73%), thép C08s có mức độ biến mỏng nhỏ nhất (khoảng 27,17%) , cịn 08Cr18Ni10 có mức độ biến mỏng trung bình (khoảng 26,90%). Trong khi đó, chiều cao tƣơng đối của Cu99.97 lại nhỏ nhất (khoảng 0,89), thép 08Cr18Ni10 đạt chiều cao tƣơng đối lớn nhất (khoảng 1,2). Chiều cao tƣơng đối lớn nhất khi dập thép C08s là 0,90. Kết quả thực nghiệm cho thấy có sự phù hợp tƣơng đối giữa mô phỏng số và thực nghiệm, khẳng định sự tin cậy của phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng trong luận án.
- Trên cơ sở phân tích kết quả thực nghiệm, xác định đƣợc bộ thông số công nghệ tối ƣu khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn từ 03 loại vật liệu cơ bản, bao gồm: Tỷ số áp suất chất lỏng Kq, áp lực chặn qc, chiều dày tƣơng đối của phôi s* là:
+ Với đồng Cu99.97: (Kq; qc; s*) = (0,4; 3MPa; 1,2%) + Với thép C08s: (Kq; qc; s*) = (0,26; 5MPa; 1,2%) + Với 08Cr18Ni10: (Kq; qc; s*) = (0,22; 12MPa; 1,2%)
- Với các kết quả tối ƣu ở trên, luận án đã tạo hình thành cơng chi tiết dạng côn cao và chi tiết dạng cơn phức tạp có rãnh lõm dọc theo đƣờng sinh mà chỉ cần qua 01 nguyên công dập thủy cơ. Điều này khẳng định khả năng tạo hình vƣợt trội của phƣơng pháp dập thủy cơ cũng nhƣ độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.
Các kết quả nghiên cứu của luận án đã đóng góp vào việc nghiên cứu tạo hình bằng chất lỏng áp suất cao, đồng thời là cơ sở quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ tiên tiến này vào sản xuất cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp quốc phịng nói riêng.
2. Hƣớng phát triển của đề tài
- Phát triển hệ thống trang thiết bị thực nghiệm dập thủy cơ theo hƣớng nâng cao khả năng biến dạng các vật liệu khó biến dạng, có độ bền cao.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thơng số hình học khn và các thông số công nghệ khác khi dập thủy cơ chi tiết dạng cơn và các chi tiết có hình dáng phức tạp khác.
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Lại Đăng Giang, Lê Trọng Tấn, Đỗ Hoài Nam (2017), Nghiên cứu tạo hình chi tiết dạng cơn cao từ thép SUS304 bằng phƣơng pháp dập thủy cơ, Tạp chí Khoa học và kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân sự, 182,
Trang 122-128.
2. Lê Trọng Tấn, Đào Văn Lƣu, Lại Đăng Giang, Kiều Văn Tuấn (2018),
Nghiên cứu sự thay đổi chiều dày thành chi tiết côn khi dập tạo hình bằng phƣơng pháp thủy cơ, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện Kỹ
thuật quân sự , 192, Trang 45-52.
3. Lê Trọng Tấn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đào Văn Lƣu, Phạm Văn Nghệ (2018), Tối ƣu hóa các thơng số công nghệ khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn từ thép không gỉ 1X18H9T, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và
cơng nghệ quân sự, Viện Khoa học và công nghệ quân sự, 85, Trang
193-201.
4. Lê Trọng Tấn, Lại Đăng Giang, Đào Văn Lƣu, Kiều Văn Tuấn, Phạm
Văn Nghệ (2017), Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp lực chất lỏng ban đầu đến sự phân bố chiều dày thành chi tiết khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Tập 2, Trang 1003-1008. 5. Lê Trọng Tấn, Đào Văn Lƣu, Phạm Văn Nghệ (2017), Nghiên cứu mô
phỏng số ảnh hƣởng của áp lực chất lỏng ban đầu đến khả năng biến dạng của vật liệu khi dập thủy cơ, Hội nghị KHCN toàn quốc về Cơ khí
– Động lực năm 2017, Tập 2, Trang 142-148.
6. Проскуряков. Н.Е, Лай. Д. З, Лэ Ч. Т (2017), оптимизация
технологических параметров процессов гидромеханической вытяжки конических деталей, Известия ТулГУ. Технические науки, cтр. 38-46.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đinh Văn Duy (2016), Nghiên cứu cơng nghệ dập tạo hình đồng thời cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao, Luận án Tiến
sĩ kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội.
2. Nguyễn Mậu Đằng (2006), Cơng nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB KHKT, Hà Nội.
3. Đề tài 01C-01/07-2008-2 (2008), Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thủy
cơ để chế tạo các sản phẩm công nghiệp dạng 3 lớp kim loại có chiều dày và vật liệu khác nhau.
4. Đề tài B2005-28-162 (2005), Nghiên cứu chế tạo các chi tiết rỗng có kết cấu không gian đối xứng bằng phương pháp dập thủy cơ với sự trợ giúp của các phần mềm thiết kế, mô phỏng và hệ thống đo Stend.
5. Đề tài KC.05.19 (2005), Nghiên cứu công nghệ dập bằng áp lực cao bên trong để chế tạo những chi tiết có hình dạng phức tạp trong ơ tơ, xe máy và xe đạp.
6. Đề tài KC.05.23 (2006), Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh, thủy động để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp từ vật liệu khó biến dạng, độ bền cao.
7. Lê Trung Kiên (2014), Nghiên cứu cơng nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, ĐHBK
Hà Nội.
8. Đào Văn Lƣu (2004), Nghiên cứu các thơng số cơng nghệ trong q trình
tạo hình các chi tiết khơng gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân sự.
9. Phạm Văn Nghệ (2006), Công nghệ dập thủy tĩnh, NXB Bách Khoa, Hà
Nội.
10. Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Nhƣ Huynh (2005), Ma sát và bôi trơn trong gia công áp lực, NXB ĐHQG Hà Nội.
11. Đinh Văn Phong, Nguyễn Trƣờng An, Tạ Đình Xn (2015), Cơng nghệ
tạo hình kim loại tấm, NXB Quân đội nhân dân.
12. Nguyễn Đức Quang (2008), Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thủy cơ để chế tạo chi tiết vỏ mỏng dạng 3 lớp, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, ĐHBK
Hà Nội.
13. Nguyễn Minh Tuyển (2005), Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
14. Nguyễn Văn Thành (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy cơ vật liệu tấm, Luận án Tiến sĩ kỹ
thuật, ĐHBK Hà Nội.
15. Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Nhƣ Huynh, Nguyễn Trung Kiên (2011), Mơ phỏng số q trình biến dạng, NXB Bách Khoa, Hà Nội.
Tiếng Anh
16. Abdolhamid Gorji, Hasan Alavi-Hashemi (2011), Investigation of hydrodynamic deep drawing for conical–cylindrical cups, Int J Adv Manuf
Technol, 56, pages. 915–927.
17. Ablolhamid Gorji, Amir Reza Yaghoubi, Mohammad Bakhshi-Jooybari, Salman Norouzi (2011), Thickness Distribution in Conical Parts Formed