CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước
1) Nghiờn cứu của nhúm tỏc giả Cebeli ệzek & Muhammet Bal “The effect of die/blank holder and punch radiuses on limit drawing ratio in angular deep-drawing dies” [2] đã được xuất bản trên International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 13 tháng 03 năm 2008. Bài báo này nghiên cứu về ảnh hưởng của bán kính góc lượn của chày cối, góc nghiêng hợp bởi tấm chặn và cối đến tỷ lệ dập vuốt và lực của chày. Tác giả đã tiến hành thử
23
nghiệm và đưa ra kết quả cho thấy tỷ lệ dập vuốt tăng khi tăng bán kính chày cối, góc giữa cối và tấm chặn tăng.
2) Nghiên cứu của nhóm tác giả J.P. De Magalhães Correia, G. Ferron “Wrinkling of anisotropic metal sheets under deep-drawing: analytical and numerical study” [3] đã được xuất bản trên Journal of Materials Processing Technology vào năm 2004. Bài báo nghiên cứu sự hình thành nếp nhăn trên tấm kim loại dị hướng trong quá trình dập vuốt bằng cả phương pháp phân tích và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM). Các tác giả sử dụng tiêu chuẩn chảy dẻo do Ferron đề xuất để mô tả tính dị hướng phẳng của vật liệu và tiêu chuẩn phân nhánh của Hutchinson để xác định ngưỡng xuất hiện nếp nhăn. Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các thông số hình học và cơ tính đến giới hạn hình thành nếp nhăn thông qua việc xây dựng đường cong giới hạn nếp nhăn (WLC). Mô phỏng FEM với mã ABAQUS/Explicit được thực hiện cho hai trường hợp thử nghiệm dập vuốt cốc: cốc hình nón và cốc hình trụ qua khuôn tractrix. Kết quả cho thấy cả dự đoán phân tích và mô phỏng đều phù hợp với kết quả thực nghiệm, chứng minh hiệu quả của phương pháp được đề xuất trong việc dự đoán nếp nhăn trên tấm kim loại dị hướng.
3) Nghiên cứu của nhóm tác giả Xia Zhu, Keiji Ogi, Nagatoshi Okabe “Influence of Fillet Radius of Die End on Workability of Diameter-Enlarged Process” [4] đã được xuất bản trên Materials Science Forum ngày 15 tháng 01 năm 2019. Bài báo nghiên cứu xem xét ảnh hưởng của bán kính góc lượn ở đầu khuôn đến khả năng gia công và độ bền mỏi của chi tiết sau khi gia công. Các thí nghiệm được thực hiện trên ba loại thép carbon, sử dụng năm loại khuôn có bán kính góc lượn khác nhau. Kết quả cho thấy, việc tăng bán kính góc lượn giúp giảm sự tập trung ứng suất tại gốc của phần đường kính mở rộng, từ đó cải thiện khả năng gia công và tăng độ bền mỏi cho chi tiết. Ngoài ra, nghiên cứu cũng phân tích các hệ số ảnh hưởng đến độ bền mỏi như hệ số tập trung ứng suất, hệ số nấc mỏi, và hệ số nhạy nấc. Từ đó, bài viết đưa ra kết luận về giới hạn tỷ số đường kính để tránh hư hỏng mỏi trong quá trình gia công dựa trên bán kính góc lượn của khuôn.
4) Nghiên cứu của nhóm tác giả Kaan Emre Engin, Omer Eyercioglu “The Effect of the Thickness-to-Die Diameter Ratio on the Sheet Metal Blanking Process” [5] đã được xuất bản trên Journal of Mechanical Engineering ngày 10 tháng 07 năm 2017. Bài báo đã nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ độ dày so với đường kính khuôn lên lực đột, năng lượng cắt, góc lan truyền vết nứt và sự phân bố vùng liên quan đến chất lượng bề mặt khi đột dập thép không gỉ AISI 304. Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thử nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) với bốn tỷ lệ độ dày trên đường kính khuôn và năm khe hở khác nhau. Kết quả cho thấy khe hở lý tưởng phụ thuộc vào cả độ dày vật liệu và tỷ lệ độ dày trên đường kính khuôn, với khe hở 3% phù hợp với tỷ lệ nhỏ và 5% cho tỷ lệ lớn hơn. Nghiên cứu kết luận rằng việc điều chỉnh khe hở tối ưu có thể giảm thiểu năng lượng tiêu hao trong khi vẫn duy trì chất lượng bề mặt tốt cho quá trình đột dập.
5) Nghiên cứu của nhóm tác giả Alimi Abdul Ghafar, Ahmad Baharuddin Abdullah, Johan Ihsan Mahmood “Experimental and numerical prediction on square cup punch–
diemisalignment during the deep drawing process” [6] được xuất bản trên The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 25 tháng 01 năm 2021. Bài báo nghiên cứu xem xét cả lệch tâm đơn trục và đa trục, sử dụng phần mềm Abaqus/Explicit để mô phỏng và thử nghiệm kéo trên máy kéo vạn năng để xác nhận. Kết quả cho thấy lệch tâm làm tăng lực kéo và gây ra phân bố độ dày thành không đều, với mức độ nghiêm trọng tỷ lệ thuận với mức độ lệch tâm. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cân chỉnh chính xác trong quá trình kéo sâu để đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu khuyết tật như mỏng, rách.
24
Các tác giả cũng lưu ý vai trò của đặc tính dị hướng của vật liệu trong việc chống lại tình trạng mỏng đi trong quá trình kéo.
6) Nghiên cứu của nhóm tác giả I. Dejmal, J. Tirosh, A. Shirizly, L. Rubinsky “On the optimal die curvature in deep drawing processes” [7] được xuất bản trên International Journal of Mechanical Sciences ngày 05 tháng 10 năm 2001. Các tác giả đã sử dụng phương pháp giới hạn trên dựa trên trường vận tốc thử nghiệm và hệ tọa độ toroidal để mô tả dòng chảy dẻo dọc theo đường cong khuôn. Nghiên cứu thực nghiệm trên phôi nhôm và đồng được thực hiện để kiểm chứng mô hình phân tích. Kết quả cho thấy tồn tại một độ cong khuôn tối ưu giúp giảm lực dập và tăng LDR, đặc biệt trong điều kiện ma sát thấp. Độ cong khuôn tối ưu phụ thuộc vào hệ số ma sát, đặc tính hóa cứng của vật liệu, và tỷ lệ kéo, nhưng không phụ thuộc vào độ dày phôi ban đầu.
7) Nghiên cứu của nhóm tác giả Murat Dilmec, Mustafa Arap “Effect of geometrical and process parameters on coefficient of friction in deep drawing process at the flange and the radius regions” [8] được xuất bản trên International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 09 tháng 09 năm 2015. Bài viết nghiên cứu về hệ số ma sát trong quá trình dập vuốt sâu kim loại tấm, đặc biệt là sự khác biệt đáng kể giữa vùng mép bích và vùng bán kính của khuôn dập. Các tác giả đã thiết kế một thiết bị thử nghiệm ma sát mới cho phép xác định đồng thời hệ số ma sát ở cả hai vùng này chỉ với một lần thử nghiệm duy nhất. Bài viết sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học và quy trình, chẳng hạn như bán kính khuôn, độ nhám bề mặt dụng cụ, tốc độ dập, lực ép phôi và loại dầu bôi trơn, đến hệ số ma sát. Kết quả cho thấy loại dầu bôi trơn là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hệ số ma sát ở cả hai vùng, tiếp theo là độ nhám bề mặt khuôn.
Các nghiên cứu tình huống được thực hiện bằng cả phương pháp thực nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) đã xác nhận tính chính xác của việc sử dụng các hệ số ma sát riêng biệt cho vùng mép bích và vùng bán kính để có kết quả mô phỏng sát với thực tế hơn.
8) Nghiên cứu của nhóm tác giả Daxin E, Takaji Mizuno, Zhiguo Li “Stress analysis of rectangular cup drawing” [9] được xuất bản trên Journal of Material Processing Technology ngày 24 tháng 11 năm 2007. Nghiên cứu tập trung vào phân tích ứng suất tại các vùng bích thẳng và góc của cốc, sử dụng khái niệm “vòng tròn tương đương” để tính toán ứng suất tại góc cốc. Kết quả cho thấy ứng suất kéo cực đại luôn nằm ở góc cốc và điểm tách rời giữa tấm kim loại và chày. Nghiên cứu cũng đề xuất một phương pháp tính toán lực kẹp phôi tối ưu dựa trên phân tích ứng suất và mô phỏng số, từ đó giúp cải thiện khả năng tạo hình và ngăn ngừa nếp nhăn hoặc rách tấm kim loại trong quá trình kéo cốc hình chữ nhật.
9) Nghiên cứu của nhóm tác giả H. Zein, M. El-Sherbiny, M. Abd-Rabou, M. El Shazly
“Effect of Die Design Parameters on Thinning of Sheet Metal in the Deep Drawing Process”
[10] được xuất bản American Journal of Mechanical Engineering ngày 15 tháng 03 năm 2013.
Bài báo nghiên cứu quy trình dập sâu kim loại tấm bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEM). Mục tiêu là dự đoán độ dày của kim loại tấm trong quá trình tạo hình, có thể giúp giảm chi phí sản xuất. Các tác giả đã phát triển một mô hình FEM để mô phỏng quy trình kéo sâu và xác nhận mô hình của họ bằng cách so sánh nó với các kết quả thử nghiệm và số từ các nghiên cứu trước đó. Họ phát hiện ra rằng bán kính vai khuôn, bán kính mũi chày, độ dày kim loại tấm và khe hở hướng kính đều có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình kéo sâu. Họ kết luận rằng FEM là một công cụ hữu ích để thiết kế khuôn dập kim loại tấm và có thể giúp giảm nhu cầu thử nghiệm tốn kém.
10) Nghiên cứu của nhóm tác giả M. El Sherbiny, H. Zein, M. Abd-Rabou, M. El shazly
25
“Thinning and residual stresses of sheet metal in the deep drawing process” [11] được xuất bản trên Materials and Design ngày 30 tháng 10 năm 2013. Bài báo này trình bày một mô hình phần tử hữu hạn (FEM) số hoạt động đáng tin cậy mà không cần thử nghiệm cửa hàng đắt tiền. Dự đoán về phân bố độ dày, độ mỏng và ứng suất dư lớn nhất của phôi kim loại tấm với các thông số thiết kế khác nhau được báo cáo. Các hạn chế và yêu cầu ma sát ở các giao diện khác nhau cũng được điều tra.
11) Nghiên cứu của nhóm tác giả M. Sahli, X. Roizard, M. Assoul, G. Colas, S.
Giampiccolo, J. P. Barbe “Finite element simulation and experimental investigation of the effect of clearance on the forming quality in the fine blanking process” [12] được xuất bản trên Microsystem Technologies ngày 01 tháng 08 năm 2020. Bài báo này nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở đến chất lượng tạo hình trong quy trình đột dập tinh bằng phương pháp phần tử hữu hạn và thực nghiệm. Các tác giả đã phát triển một mô hình tính toán số để kiểm tra ảnh hưởng của khe hở đột/khuôn đến trạng thái ứng suất của thép cán nguội trong quá trình đột. Sau khi xác định các thông số mô hình dựa trên dữ liệu thử nghiệm kéo, các mô phỏng số được thực hiện bằng phần mềm Ls-Dyna/Explicit. Kết quả cho thấy khe hở đột/khuôn ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng mép cắt, ứng suất cắt và biến dạng dẻo trong vùng cắt. Các mô phỏng cũng cho thấy rằng việc xem xét đột là biến dạng hay không cũng ảnh hưởng đến chất lượng mép cắt. Cuối cùng, các kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, chứng minh tính hiệu quả của mô hình đề xuất.
12) Nghiên cứu của nhóm tác giả C. Gaudilliere, N. Ranc, A. Larue, A. Maillard “High Speed Blanking: An Experimental Method to Measure Induced Cutting Forces” [13] được xuất bản trên Experimental Mechanics ngày 28 tháng 02 năm 2013. Bài báo nghiên cứu ưu điểm của kỹ thuật dâp tốc độ cao trong ngành gia công kim loại, đặc biệt là khả năng đạt được hình dạng mép cắt chất lượng cao và giảm vùng biến dạng dẻo. Các tác giả đã phát triển một thiết bị thử nghiệm đặc biệt để đo lực cắt tác dụng lên mẫu vật trong quá trình dập ở tốc độ cao lên đến 10 ms−1. Dựa trên phương pháp ống Hopkinson, họ đã thiết lập một phương pháp hiệu chuẩn để tính toán chính xác lực dập, từ đó phân tích ảnh hưởng của các thông số như tốc độ dùi, chiều dày tấm kim loại và khe hở giữa chày và khuôn đến lực dập. Kết quả cho thấy lực dập tối đa giảm khi tốc độ dùi tăng, và thời gian gia tải giảm cho thấy vết đứt gãy xảy ra sớm hơn khi tốc độ dùi tăng.
13) Nghiên cứu của nhóm tác giả Wei Zhang, Shuqi Wang, Jinguo Chen, Chao Cheng, Lei Zhang “Experimental and continuous stamping simulation study on surface wear of hardened steel mold” [14] được xuất bản trên International Journal on Interactive Design and Manufacturing ngày 12 tháng 07 năm 2018. Bài báo đã kiểm tra ảnh hưởng của dập liên tục đến mài mòn khuôn bằng cách sử dụng mô phỏng phần tử hữu hạn và xác minh thực nghiệm.
Các tác giả đã phát triển một công thức để ước tính diện tích tiếp xúc thực và lượng mài mòn, xem xét hình thái học của bề mặt gia công. Mô phỏng cho thấy sự phân bố trường ứng suất tập trung ở rìa lưỡi cắt và lan truyền theo dạng sóng dọc theo hướng ma sát. Hơn nữa, nghiên cứu đã xác định tiêu chí cho trạng thái mài mòn ổn định và dự đoán tuổi thọ của khuôn bằng cách lắp một đường tuyến tính với độ sâu mài mòn tối đa trong vùng mài mòn ổn định.
14) Nghiên cứu của nhóm tác giả Ferhat Akyürek, Kemal Yaman, Zafer Tekiner “An Experimental Work on Tool Wear Affected by Die Clearance and Punch Hardness” [15] được xuất bản trên The Arabian Journal for Science and Engineering ngày 15 tháng 05 năm 2017.
Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở khuôn cắt và độ cứng chày đến độ mòn cạnh và mặt chày trong các hoạt động đột dập. Các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng chày thép công cụ AISI D2 với độ cứng 50, 55 và 60 HRC và ba khe hở khuôn cắt khác nhau (3%,
26
5% và 8% độ dày tấm). Kết quả cho thấy độ mòn cạnh và mặt chày giảm khi độ cứng chày tăng lên và các chi tiết được cắt mịn phụ thuộc nhiều vào khe hở. Nghiên cứu kết luận rằng khe hở khuôn 5% là tối ưu cho cấu hình vật liệu phôi 55 HRC và S235JR.
15) Nghiên cứu của tác giả Onur Çavuşoğlu “An Investigation of Punch Radius and Clearance Effects on the Sheet Metal Blanking Process” [16] được xuất bản trên International Journal of Automotive Science and Technology ngày 28 tháng 10 năm 2022. Bài báo xem xét tác động của bán kính đầu đột và khe hở đến chất lượng sản phẩm trong quá trình cắt tấm thép không gỉ 304 bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn. Nghiên cứu cho thấy khe hở và bán kính đầu đột lớn hơn làm tăng kích thước ba via và lực đột, đồng thời làm giảm tỷ lệ bề mặt cắt nhẵn. Các mô phỏng cũng chỉ ra rằng bán kính đầu đột lớn hơn dẫn đến thời gian đột kéo dài hơn và ứng suất dư tăng lên trên sản phẩm cắt. Nghiên cứu kết luận rằng cần phải lựa chọn cẩn thận khe hở và bán kính đầu đột để đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn trong quá trình cắt tấm kim loại.
16) Nghiên cứu của nhóm tác giả Gang Fang, Pan Zeng, Lulian Lou “Finite element simulation of the effect of clearance on the forming quality in the blanking process” [17] được xuất bản trên Journal of Materials Processing Technology năm 2002. Bài viết này khám phá quá trình đột dập kim loại tấm, một thao tác sản xuất cơ bản. Các tác giả sử dụng kỹ thuật phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng quá trình đột dập hợp kim nhôm 2024, nhằm tối ưu hóa khe hở đột dập – một tham số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Mô phỏng xem xét các biến dạng dẻo lớn và áp dụng tiêu chí gãy Cockcroft-Latham để dự đoán quá trình bắt đầu gãy. Kết quả cho thấy khe hở đột dập ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng, kích thước và chất lượng của sản phẩm đột dập, đồng thời xác nhận giá trị của mô phỏng FEM trong việc xác định các thông số quy trình tối ưu để cải thiện chất lượng sản phẩm.
17) Nghiên cứu của nhóm tác giả Didin Zakariya Lubis, Ichsan Ristiawan “Blanking Clearance and Punch Velocity Effects on The Sheared Edge Characteristic in Micro-Blanking of Commercially Pure Copper Sheet” [18] được xuất bản trên Journal of Mechanical Engineering Science and Technology ngày 02 tháng 11 năm 2017. Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở và vận tốc đột dập đến chất lượng mép cắt trong quá trình đột dập vi mô tấm đồng nguyên chất. Các thí nghiệm được thực hiện với nhiều biến số về khe hở và vận tốc đột dập. Kết quả cho thấy vận tốc đột dập cao hơn và khe hở nhỏ hơn cải thiện chất lượng mép cắt, tạo ra chiều cao ba via và độ dập thấp hơn, đồng thời tăng vùng cắt. Nghiên cứu kết luận rằng khe hở lý tưởng là 2.5% để đạt được chất lượng mép cắt tối ưu với ba via và độ dập tối thiểu, đồng thời tối đa hóa vùng cắt.
18) Nghiên cứu của nhóm tác giả Sunil Goyal, V. Karthik, K.V. Kasiviswanathan, M.
Valsan, K. Bhanu Sankara Rao, Baldev Raj “Finite element analysis of shear punch testing and experimental validation” [19] được xuất bản trên Materials and Design ngày 16 tháng 11 năm 2009. Bài viết này thảo luận về phân tích phần tử hữu hạn (FEA) của thử nghiệm đột cắt và xác nhận thử nghiệm của nó trên bốn loại vật liệu khác nhau. Phân tích FEA tập trung vào biến dạng mẫu cho đến khi đạt đến giới hạn chảy, và kết quả được so sánh với dữ liệu thử nghiệm. Nghiên cứu cho thấy rằng đường cong tải trọng-dịch chuyển do FEA tạo ra khớp với đường cong thử nghiệm khi loại bỏ được độ võng của đồ gá. Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng ứng suất chảy cắt ước tính ở độ lệch 0,15% dịch chuyển chuẩn hóa tương ứng tốt với cường độ chảy cắt xác định bằng thực nghiệm và thỏa mãn mối quan hệ chảy von Mises. Cuối cùng, bài báo thảo luận về ảnh hưởng của khe hở đột-chết và độ dày mẫu đến cường độ chảy cắt được nghiên cứu bằng FEA.