CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới
Theo tài liệu [20] Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở trường Đại học Bách khoa Lêningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng hợp Quốc gia Sankt – Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng trong sản xuất. Kết quả của các nghiên cứu này đã được đăng trong các công trình khoa học ở Nga và các nước khác …Tại Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành công và đưa vào áp dụng công nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng ôtô ở Đức và một số nước Châu Âu. Đã có 120 bài báo, 90 phát minh được công bố từ năm 1996 – 2003. Điều này đã chứng minh cho một khuynh hướng phát triển về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo hình thủy lực.
Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đang áp dụng có hiệu quả phương pháp tạo hình thủy lực để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp. Đặc điểm của phương pháp là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng.
Phôi ban đầu có thể là kim loại tấm, dạng ống hoặc tấm hàn.Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này được bắt đầu từ những năm 60, song tới tận những năm 80 của thế kỷ 20 thì nó mới được nghiên cứu và áp dụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể. Tại hàng loạt các nước như Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Thụy Điển đã ứng dụng 9 công nghệ tạo hình thủy cơ trong công nghiệp ôtô và hàng không. Nhiều hội nghị Quốc tế đã giới thiệu công nghệ này với sự tham gia của các thành viên là các hãng và tổ chức lớn. Tại hội nghị Quốc tế “ESAFORM 2003” ở thành phố Xalernơ (Italia) về công nghệ gia công kim loại thì phương pháp công nghệ thủy lực đã gây được sự chú ý lớn. Một trong số các chuyên gia nổi tiếng trong lĩnh vực tạo hình bằng thủy lực như giáo sư Clauxzighert người Đức nói
“Công nghệ tạo hình thủy lực ngày nay là một trong các đề tài ý nghĩa nhất của công nghệ sản xuất”.
Hiện nay, ở trường Đại học Giao thông – Tây An (Trung Quốc) có nhiều nghiên cứu sinh đang làm các đề tài về dập thủy cơ và thủy tĩnh. Điều này chứng tỏ
dập tạo hình thủy lực đang thu hút sự quan tâm chú ý của các nước công nghiệp phát triển trên thế giới.
Ngày nay, do đòi hỏi về tính kinh tế và môi trường, xu hướng tiến tới cấu trúc nhẹ (lightweight construction) cũng như nhu cầu về dạng cấu trúc nhẹ ngày càng tăng đòi hỏi công nghệ tạo hình phải đáp ứng cho nó. Một bước tiến quan trọng vượt qua những giới hạn của công nghệ tạo hình truyền thống là quá trình tạo hình thủy lực, nó được đặc trưng bởi tính linh động cao, cho phép chế tạo những hình dạng chi tiết phức tạp ngay cả khi sử dụng thép hợp kim độ bền cao hoặc hợp kim nhôm và mangan nhẹ. Tương phản với tạo hình thủy lực của ống và những profile khác được biết đến nhiều trong sản xuất công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm được giới hạn trong một vài trường hợp riêng biệt ở quá khứ mặc dù những thuận lợi về công nghệ đã có nhiều thay đổi. Từ năm 2000, môi trường làm việc được dựa trên cơ sở quá trình tạo hình kim loại tấm (với khí và nước – dầu – nhũ tương như những môi trường làm việc) đã được phối hợp nghiên cứu trong chương trình DFG Priority Programme PP 1089
“Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung”. Công việc nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiết bị, thiết kế 10 quy trình và cả quá trình ứng xử của vật liệu bằng mô phỏng và thực nghiệm để đưa ra những hiểu biết cơ sở cho những ứng dụng tương lai của dập vuốt thủy cơ, tạo hình thủy lực cặp vật liệu tấm (Sheet metal forming pairs) , tạo hình kim loại tấm áp suất cao và môi trường làm việc dựa trên cơ sở quá trình tạo hình tốc độ cao (hydromechanical deep drawing, hydroforming of double sheets, high – pressure sheet metal forming, and working media based high – speed forming processes).
Những chi tiết có hình dạng phức tạp được tạo hình tốt do tính ổn định và cải tiến của kỹ thuật điều khiển quá trình tạo hình mới này. Phạm vi ứng dụng có thể được mở rộng để tạo hình thủy lực như phôi hàn, phôi cán hàn và phôi kết nối… (Steel research international 76. 2005, No.12, December. Publishers: Steel Institute VDEh Max-Planck-Institut fu r Eisenforschung; ASMET⋅Autrian Society for Metallurgy and Materials, Revue de Métallurgie).
Có thể thấy rằng các nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh là khá đa dạng và phổ biến. Hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Trên hình 1.13, hình 1.14 biểu diễn quá trình mô phỏng cũng như thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh chi tiết chữ T.
Hình 1.13. Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo ống nối chữ T;
A-Mô phỏng công nghệ; B-Thực nghiệm chế tạo
Hình 1.14. Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo ống nối có dạng bậc;
A-Mô phỏng công nghệ; B-Thực nghiệm chế tạo
Trên hình 1.15, hình 1.16, hình 1.17 biểu diễn kết quả nghiên cứu của tác giả H. Nezami Esfahlan và nhóm nghiên cứu khi nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh trên vật liệu Ti6Al4V. Các kết quả của nhóm nghiên cứu nhận được rất đa dạng và bao trùm hẫu hết các đặc điểm công nghệ dập thủy tĩnh. Từ việc nghiên cứu khả năng mất ổn định ở vành biên (nhăn vành) thể hiện trên hình 1.16 đến sự phá hủy bên trong vật liệu khi tạo hình trên hình 1.17. Trên hình 6.18 là sự so sánh về kết quả mô phỏng và thực nghiệm sau khi dập thành công chi tiết.
Hình 1.15. Hiện tượng nhăn khi dập; A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng
Hình 1.16. Hiện tượng rách phôi;A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng
Hình 1.17. So sánh kết quả sau khi dập thành công;A- Thực nghiệm; B-Mô phỏng 1.3.2. Trong nước [19]
Phương pháp dập thủy tĩnh đã và đang được nghiên cứu ở Việt Nam do tính ưu việt nổi trội của nó. Một số nghiên cứu khảo sát về công nghệ dập thủy tĩnh được đề cập trong các đề tài tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ và các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp (cấp Nhà nước, cấp Bộ …).
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Học viện kỹ thuật Quân sự là hai cơ sở duy nhất tại Việt Nam đang đào tạo lĩnh vực Gia công áp lực đã đưa vào giảng dạy và nghiên cứu về 28 công nghệ dập thủy tĩnh trong môn học “Công nghệ tạo hình đặc biệt, Công nghệ tạo hình tiên tiến”. Các số liệu tính toán và kiến thức vẫn được dịch chủ yếu của Liên Xô cũ [5], các nội dung vẫn quá trình khi tạo hình các chi tiết là các sơ đồ công nghệ, công thức vẫn sử dụng giả thiết khi biến dạng vật liệu không có sự biến mỏng chiều dày. Hiện tại các đề tài tốt nghiệp đại học vẫn đang tính nghiên cứu về nguyên lý và cơ chế tạo hình. Phương pháp chủ yếu là sử dụng mô phỏng số để nghiên cứu xác định các thông số chính có ảnh hưởng như thế nào đến quá trình tạo hình, khả năng biến dạng …
Lĩnh vực dập thủy tĩnh cũng được các đề tài nghiên cứu khoa học đầu tư nghiên cứu:
- Nhóm nghiên cứu Đề tài cấp Nhà nước Mã số KC.05.19 đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống công nghệ để dập thành công các chi tiết dạng ống bằng công nghệ dập thủy tĩnh mở đầu cho phát triển loại hình công nghệ này tại Việt Nam. Đề tài
mang tính chất khẳng định công nghệ khi tạo hình hai dạng sản phẩm chính là ống xiphông và ống chữ T mà chưa đi sâu nghiên cứu các thông số công nghệ.
- Với vật liệu dạng tấm, nhóm nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao” do Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp – Bộ Công Thương chủ trì đã nghiên cứu chế tạo thành công cặp chi tiết dạng tấm bằng phương pháp dập thủy tĩnh. Tuy nhiên cũng chỉ dừng lại ở mức độ tạo ra được sản phẩm theo yêu cầu mà chưa thu thập được các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh.
Hiện nay, các nghiên cứu mới chỉ mang tính khảo sát, thống kê về công nghệ dập thủy tĩnh, khả năng ứng dụng của công nghệ này vào sản xuất. Các thông số, quá trình, vật liệu, hệ thống, quan hệ tương hỗ giữa các thông số, miền làm việc các thông số tạo hình chưa được tính toán chi tiết, hệ thống hóa và nêu ra quy luật cụ thể, tối ưu hóa các thông số công nghệ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu về dập thủy tĩnh tại Việt Nam sẽ là nghiên cứu nối tiếp cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào sản xuất nhằm tăng chất lượng sản phẩm, giảm số lượng nguyên công, tăng khả năng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp.
Kết luận chương 1
Thông qua những tìm hiểu nghiên cứu tổng quan ở chương 1 có thể thấy được rằng:
Công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp nói chung và công nghệ dập thủy tĩnh nói riêng có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ dập vuốt truyền thống như: có thể làm giảm được các nguyên công tạo hình, đơn giản hơn về thiết kế khuôn mẫu, có mức độ biến dạng cao hơn, và thực hiện được trên nhiều hệ vật liệu kể cả vật liệu có độ cứng cao như thép độ bền cao hay hợp kim magie. Các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ dập thủy tĩnh khá đa dạng và được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp chế tạo ô tô.