Bảng 4. 7. Kết quả thực nghiệm N0 x1 x2 x3 Cu99.97 C08s 08Cr18Ni10 N0 x1 x2 x3 Cu99.97 C08s 08Cr18Ni10 Y1(%) Z1 Y2 (%) Z2 Y3 (%) Z3 1 + - - 27,72 0,75 17,92 0,76 20,37 0,82 2 + + - 29,78 0,65 20,23 0,70 22,62 0,75 3 + - + 28,56 0,89 19,25 0,90 23,97 1,20 4 + + + 30,86 0,80 24,57 0,82 25,86 0,92 5 - - + 30,18 0,85 23,11 0,87 25,21 0,97 6 - + + 31,08 0,70 25,27 0,75 26,90 0,85 7 - - - 28,32 0,64 18,74 0,70 21,38 0,80 8 - + - 30,97 0,60 22,35 0,65 23,46 0,75 9 0 0 0 29,6 0,67 20,48 0,72 20,85 0,84 10 + 0 0 31,45 0,82 21,64 0,86 24,61 0,97 11 - 0 0 32,76 0,76 27,17 0,82 27,84 0,91 12 0 + 0 33,73 0,65 23,55 0,70 22,03 0,82 13 0 - 0 29,52 0,72 19,67 0,76 18,96 0,87 14 0 0 + 31,17 0,87 23,05 0,90 21,45 1,00 15 0 0 - 29,54 0,78 19,76 0,82 19,26 0,95
Từ các kết quả thực nghiệm, tiến hành xây dựng phƣơng trình hồi quy khi dập ba loại vật liệu. Các phƣơng trình hồi quy đều đƣợc kiểm tra đảm bảo tính tƣơng thích. Các phƣơng trình hồi quy có dạng nhƣ sau:
* Với Cu99.97:
Y1 = 31,38 - 0,47x1 + 1,19x2 + 0,53x3 + 0,1x1x2 - 0,19x2x3 + 0,25x1x2x3 - 0,28x22 - 1,14x32 (4.4) Z1 = 0,739 + 0,03x1 – 0,04x2 + 0,065x3 – 0,013x2x3 + 0,013 x1x2x3 + 0,018x12 – 0,052x22 + 0,04x32 (4.5)
Viết dưới dạng biến thực:
ε1 = 23,53 + 0,1Kq + 0,61qc + 14,13s* - 0,38 Kqqc – 0,28qcs* - 3Kqs* +
0,6Kqqcs* - 0,02qc2 – 7,13s*2 (4.4*)
h1* = 0,66 + 0,1Kq + 0,03qc – 0,15s* - 0,024Kqqc – 0,02qcs* - 0,15Kqs* + 0,03Kqqcs* + 0,27 Kq2 – 0,003qc2 + 0,25s*2 (4.5*)
* Với thép C08s:
Y2 = 22,06 – 1,3x1 + 1,65x2 + 1,55x3 + 0,23x1x2 – 0,2x1x3 + 0,19x2x3 + 0,56x1x2x3 + 1,17x12 – 0,71x22 – 0,85x32 (4.6) Z2 = 0,802 + 0,023x1 – 0,034x2 + 0,057x3 – 0,057x22 + 0,03x32 (4.7)
Viết dưới dạng biến thực:
ε2 = 14,8 – 6,06Kq + 1,1qc + 13,89s*
- 1,1Kqqc – 0,16qcs* - 14,8Kqs* + 1,74Kqqcs* + 19,25Kq2 – 0,04qc2 – 5,31s*2 (4.6*) h2* = 0,68 + 0,12Kq + 0,04qc – 0,14s* - 0,004qc2 + 0,19s*2 (4.7*)
* Với thép không gỉ 08Cr18Ni10:
Y3 = 20,64 – 0,73x1 + 1,1x2 + 1,53x3 + 3,59x12 – 0,38x32 (4.8) Z3 = 0,908 + 0,036x1 – 0,053x2 + 0,08x3 – 0,02x1x2 + 0,035x1x3 – 0,035x2x3 – 0,017x1x2x3 – 0,054x22 + 0,034x32 (4.9)
Viết dưới dạng biến thực:
ε3 = 19,21-55,16Kq + 0,11qc + 7,6s*
+ 140,4Kq2 – 2,4s*2 (4.8*) h3* = 0,762 – 0,37Kq + 0,02qc – 0,17s* + 0,01Kqqc – 0,005qcs* + Kqs* - 0,03Kqqcs* - 0,001qc2 + 0,21s*2 (4.9*)
4.4. Phân tích kết quả và bàn luận
4.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến mức độ biến mỏng
4.4.1.1. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến mức độ biến mỏng
Từ các phƣơng trình 4.4, 4.6 và 4.8 ta có: * Với Cu99.97: Y1(x1, 1, 1) = 31,49 – 0,12x1 (4.4a) Y1(1, x2, 1) = 30.3 + 1,35x2 – 0,28x22 (4.4b) Y1(1, 1, x3) = 31,92 + 0,59x3 – 1,14x32 (4.4c) * Với thép C08s: Y2(x1, 1, 1) = 23,89 – 0,71x1 + 1,17x12 (4.6a) Y2(1, x2, 1) = 22,43 + 2,63x2 – 0,71x22 (4.6b) Y2(1, 1, x3) = 23,10 + 2,1x3 – 0,85x32 (4.6c) * Với thép 08Cr18Ni10: Y3(x1 , 1, 1) = 22,89 – 0,73x1 + 3,59x12 (4.8a) Y3(1, x2, 1) = 24,65 + 1,1x2 (4.8b) Y3(1, 1, x3) = 24,60 + 1,53x3 – 0,38x32 (4.8c)
Từ các phƣơng trình 4.4a, 4.4b, 4.4c, 4.6a, 4.6b, 4.6c, 4.8a, 4.8b, 4.8c cho thấy mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố đến mức độ biến mỏng khi dập thủy cơ chi tiết dạng cơn từ các loại vật liệu khác nhau, trong đó, tỷ số áp suất chất lỏng (x1) mang dấu âm nghĩa là khi tăng giá trị của đại lƣợng này sẽ giảm đƣợc mức độ biến mỏng vật liệu. Mức độ biến mỏng vật liệu sẽ tăng khi tăng chiều dày tƣơng đối của phôi và áp lực chặn, trong đó áp lực chặn có ảnh hƣởng nhiều nhất (hệ số x2 có giá trị lớn nhất).
4.4.1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến mức độ biến mỏng
Xuất phát từ các phƣơng trình hồi quy về mức độ biến mỏng khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn từ ba loại vật liệu khác nhau, ta xây dựng đƣợc các đồ thị 3D và 2D biểu diễn quan hệ của các yếu tố đến mức độ biến mỏng vật liệu nhờ sử dụng phần mềm Modde 5.0.
1. Ảnh hưởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và áp lực chặn qc đến mức độ biến mỏng
Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và áp lực chặn qc đến mức độ
biến mỏng đƣợc biểu diễn nhƣ trên các đồ thị hình 4.12, 4.13 và 4.14.
Hình 4. 12. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 có chiều dày tƣơng đối khác nhau
Hình 4. 13. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với chiều dày tƣơng đối khác nhau
Hình 4. 14. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến
* Nhận xét: Từ các đồ thị hình 4.12, 4.13 và 4.14 thấy rằng:
- Ở cùng một mức độ biến dạng, mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 là lớn nhất, thép C08s nhỏ nhất.
- Ở cùng một giá trị của tỷ số áp suất chất lỏng, khi áp lực chặn tăng thì mức độ biến mỏng tăng lên. Đồng thời ở cùng một giá trị của áp lực chặn, khi tăng tỷ số áp suất chất lỏng thì mức độ biến mỏng giảm. Tuy nhiên, mức độ giảm biến mỏng thành sản phẩm khi tăng tỷ số áp suất lỏng đối với khi dập thép 08Cr18Ni10 mạnh nhất, sau đó đến vật liệu C08s. Cu99.97 thể hiện mức độ giảm biến mỏng ít nhất.
2. Ảnh hưởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và chiều dày tương đối s*
đến mức độ biến mỏng
Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và chiều dày tƣơng đối của phôi s* đƣợc thể hiện nhƣ trên đồ thị các hình 4.15, 4.16 và 4.17.
Hình 4. 15. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 với áp lực chặn khác nhau
Hình 4. 16. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với áp lực chặn khác nhau
Hình 4. 17. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 với áp lực chặn khác nhau
* Nhận xét:
- Vật liệu Cu99.97 thể hiện mức độ biến mỏng nhiều nhất, thép khơng gỉ 08Cr18Ni10 có mức độ biến mỏng trung bình.
- Tại cùng một giá trị xác định của tỷ số áp suất chất lỏng, mức độ biến mỏng thành sản phẩm tăng đồng biến với chiều dày tƣơng đối của phôi.
- Chiều dày tƣơng đối của phơi có ảnh hƣởng mạnh đến mức độ biến mỏng và thể hiện sự tác động khác nhau khi dập các vật liệu khác nhau. Trong trƣờng hợp vật liệu là 08Cr18Ni10, khi tỷ số áp suất chất lỏng (x1) tăng từ -1 đến 0 thì mức độ biến mỏng giảm (xét tại một chiều dày tƣơng đối); khi tiếp tục tăng x1 từ 0 đến +1 thì mức độ biến mỏng lại tăng lên. Đối với Cu99.97 và C08s, sự thay đổi chiều dày thành sản phẩm khi thay đổi tỷ số áp suất chất lỏng tuy cũng có xu hƣớng nhƣ khi dập vật liệu 08Cr18Ni10 nhƣng thể hiện chậm hơn và còn phụ thuộc rất nhiều vào sự tăng của chiều dày tƣơng đối.
3. Ảnh hưởng của áp lực chặn qc và chiều dày tương đối của phôi s*
đến mức độ biến mỏng
Các kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của áp lực chặn và chiều dày tƣơng đối của phôi đến mức độ biến mỏng chiều dày thành sản phẩm đƣợc chỉ ra trên đồ thị các hình 4.18, 4.19 và 4.20.
Hình 4. 18. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau
Hình 4. 19. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau
Hình 4. 20. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau
* Nhận xét: Trong trƣờng hợp này, mức độ biến mỏng thành sản phẩm
tăng tỷ lệ thuận với áp lực chặn và chiều dày tƣơng đối của phôi. Điều này là hoàn toàn phù hợp bởi khi tăng áp lực chặn sẽ làm ứng suất hƣớng kính tăng dẫn đến phơi bị kéo căng và biến mỏng. Cịn tăng chiều dày tƣơng đối của phơi trong khi bán kính lƣợn mép chày không đổi sẽ làm cho vật liệu bị biến dạng quá mức dẫn đến tăng mức độ biến mỏng.
4.4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến chiều cao tương đối của sản phẩm
4.4.2.1. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến chiều cao tương đối
Từ phƣơng trình 4.5, 4.7 và 4.9 ta có: * Với Cu99.97: Z1(x1, 1, 1) = 0,739 + 0,043x1 + 0,018x12 (4.5a) Z1(1, x2, 1) = 0,892 – 0,04x2 – 0,052x22 (4.5b) Z1(1, 1, x3) = 0,695 + 0,065x3 + 0,04x32 (4.5c) * Với thép C08s: Z2(x1, 1, 1) = 0,798 + 0,023x1 (4.7a) Z2(1, x2, 1) = 0,912 – 0,034x2 – 0,057x22 (4.7b) Z2(1, 1, x3) = 0,734 + 0,057x3 + 0,03x32 (4.7c) * Với thép 08Cr18Ni10: Z3(x1, 1, 1) = 0,88 + 0,034x1 (4.9a) Z3(1, x2, 1) = 1,09 – 0,125x2 – 0,054x22 (4.9b) Z3(1, 1, x3) = 0,817 + 0,063x3 + 0,034x32 (4.9c) Các phƣơng trình 4.5a, 4.5b, 4.5c, 4.7a, 4.7b, 4.7c, 4.9a, 4.9b và 4.9c cho thấy các hệ số của áp lực chặn (x2) đều mang dấu âm, thể hiện khả năng biến dạng của vật liệu khác nhau. Trong khoảng x2 từ -1 đến 0 chiều cao tƣơng đối tăng dần. Tuy nhiên khi x2 tăng từ 0 đến 1 thì chiều cao tƣơng đối lại giảm. Điều này có thể giải thích là khi áp lực chặn nhỏ hơn (x2 từ -1 đến 0) nhƣng vẫn đủ để hạn chế ứng suất nén tiếp tuyến và duy trì ứng suất kéo hƣớng kính trên vành cho nên lúc này mức độ biến dạng của vật liệu tăng lên (tăng chiều sâu dập vuốt
tƣơng đối). Ở giai đoạn sau (x2 từ 0 đến +1), áp lực chặn tăng cao làm tăng quá
mức ứng suất kéo hƣớng kính dẫn đến nguy cơ phá hủy phôi. Cho nên, chiều cao dập vuốt phải giảm xuống để đảm bảo an tồn.
Cịn đối với áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3), các hệ số đều mang dấu dƣơng có nghĩa là khi x1 và x3 tăng thì chiều cao tƣơng đối của sản phẩm tăng, khả năng biến dạng của vật liệu tốt hơn. Ở đây x3 có ảnh hƣởng nhiều hơn so với x1 đến hàm mục tiêu do hệ số của x3 lớn hơn.
4.4.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến chiều cao tương đối
1. Ảnh hưởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và áp lực chặn qc đến chiều cao tương đối
Hình 4. 21. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với chiều dày tƣơng đối khác nhau
Hình 4. 22. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập C08s với chiều dày tƣơng đối khác nhau
Hình 4. 23. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với chiều dày tƣơng đối khác nhau
* Nhận xét:
- Chiều cao tƣơng đối của sản phẩm khi dập vật liệu 08Cr18Ni10 là lớn nhất (h*max đạt đến 1,122) trong khi chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 thu đƣợc
là bé nhất (h*max đạt 0,875). Dập vật liệu C08s cho giá trị chiều cao tƣơng đối là trung bình (h*max đạt 0,917). Điều này cho thấy thép khơng gỉ 08Cr18Ni10 có khả năng biến dạng lớn nhất, Cu99.97 có khả năng biến dạng nhỏ nhất. - Khi tăng chiều dày tƣơng đối của phơi thì chiều cao tƣơng đối của sản phẩm tăng lên.
2. Ảnh hưởng của tỷ số áp suất chất lỏng Kq và chiều dày tương đối của
phôi s* đến chiều cao tương đối
Hình 4. 24. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với áp lực chặn khác nhau
Hình 4. 25. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập thép C08s với áp lực chặn khác nhau
Hình 4. 26. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với áp lực chặn khác nhau
* Nhận xét: Chiều cao tƣơng đối của sản phẩm tăng khi chiều dày
đối tăng. Tuy nhiên, tác động tích cực của tỷ số áp suất chất lỏng đến chiều cao tƣơng đối khi dập thép không gỉ 08Cr18Ni10 là chậm hơn so với khi dập Cu99.97 và C08s.
3. Ảnh hưởng của áp lực chặn qc và chiều dày tương đối của phơi s* đến chiều cao tương đối
Hình 4. 27. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với áp suất chất lỏng khác nhau
Hình 4. 28. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập thép C08s với áp suất chất lỏng khác nhau
Hình 4. 29. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với áp chất lỏng khác nhau
* Nhận xét:
- Chiều cao tƣơng đối của sản phẩm khi dập tăng tỷ lệ thuận với chiều dày tƣơng đối của phôi và tỷ lệ nghịch với áp lực chặn.
- Với cùng áp lực chặn và chiều dày tƣơng đối của phôi, khi tăng tỷ số áp suất của chất lỏng thì chiều cao tƣơng đối của sản phẩm sẽ tăng lên.
4.4.3. Tối ưu hóa các thơng số khảo sát với mục tiêu khảo sát
Bài toán tối ƣu ở đây là bài tốn khảo sát các thơng số cơng nghệ để thu đƣợc giá trị nhƣ mong muốn. Mục tiêu bài toán là thu đƣợc mức độ biến mỏng thành nhỏ nhất (Ymin) và chiều cao tƣơng đối sản phẩm lớn nhất (Zmax)
khi dập vuốt thủy cơ chi tiết dạng cơn.
Để giải bài tồn tối ƣu, luận án sử dụng chức năng Optimizer của phần mềm Modde 5. Chức năng này cho phép khảo sát đồng thời nhiều mục tiêu nghiên cứu. Kết giải bài toán bằng phần mềm này sẽ cho ra nhiều phƣơng án lựa chọn. Cho nên, kết quả bài toán tối ƣu nhiều mục tiêu sẽ là tƣơng đối.
- Kết quả giải bài tốn tối ƣu khi dập Cu99.97 nhƣ trên hình 4.30.
Hình 4. 30. Khảo sát bài tốn tối ƣu khi dập Cu99.97
Từ yêu cầu của bài toán, kết quả khảo sát đã chỉ ra 8 điểm có thể cho giá trị mục tiêu nhƣ mong muốn. Tuy nhiên, để có thể đáp ứng yêu cầu một cách tƣơng đối, ta chọn tọa độ thứ 8 là giá trị tối ƣu khi dập Cu99.97. Với tọa độ này, mức độ biến mỏng thành sản phẩm là tƣơng đối nhỏ (ε = 28,758%), trong khi chiều cao tƣơng đối thu đƣợc là lớn nhất (h*
= 0,894). Nhƣ vậy ta có: (x1; x2; x3) = (1; -1; 1) hay (Kq; qc; s*) = (0,4; 3MPa; 1,2%) (Ymin; Zmax) = (28,758%; 0,894)
- Kết quả bài toán tối ƣu khi dập thép C08s nhƣ hình 4.31.
Điểm thực nghiệm và giá trị tối ƣu khi dập thép C08s nhƣ sau: (x1; x2; x3) = (1; -0,998; 1) hay (Kq; qc; s*) = (0,26; 5MPa; 1,2%) (Ymin; Zmax) = (19,13%; 0,893)
- Kết quả bài toán tối ƣu khi dập thép 08Cr18Ni10 nhƣ hình 4.32.
Hình 4. 32. Khảo sát bài tốn tối ƣu khi dập 08Cr18Ni10 Điểm thực nghiệm và giá trị tối ƣu khi dập 08Cr18Ni10 nhƣ sau: Điểm thực nghiệm và giá trị tối ƣu khi dập 08Cr18Ni10 nhƣ sau: (x1; x2; x3) = (0,443; -1; 0,999) hay (Kq; qc; s*) = (0,22; 12MPa; 1,2%) (Ymin; Zmax) = (21,07%; 1,088)
Từ kết quả giải các bài toán tối ƣu, đã tiến hành dập kiểm chứng và thu đƣợc kết quả nhƣ hình 4.33, 4.34, 4.35.
Hình 4. 33. Sự phân bố chiều dày thành khi dập Cu99.97 ở chế độ tối ƣu -45 -45 -35 -25 -15 -5 5 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 M ức đ ộ b iến m ỏn g, % Vị trí đo, mm Mô phỏng Thực nghiệm Y = 28,76% Z = 0,87
Hình 4. 34. Sự phân bố chiều dày thành khi dập thép C08s ở chế độ tối ƣu 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.