2.
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Trong nƣớc thì mới trong giai đoạn bắt đầu tìm hiểu. Tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia trƣờng Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ Khí, PGS. TS. Nguyễn Thanh Nam đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của tạo hình bằng phương pháp biến dạng gia tăng đơn điểm” (24/08/2010), đề tài [14] đã thực hiện đƣợc:
1. Tổng hợp lý thuyết và qui trình công nghệ phƣơng pháp gia công ISF.
2. Xây dựng thí nghiệm. Thiết kế và chế tạo các đồ gá phục vụ cho thí nghiệm phƣơng pháp tạo hình gia tăng kim loại tấm:
- Thiết kế đồ gá SPIF và TPIF, dụng cụ biến dạng đầu bán cầu (Ø5 và Ø10mm).
- Thiết kế mô hình 3D, xuất chƣơng trình NC để điều khiển dụng cụ tạo hình.
3. Tiến hành thí nghiệm theo phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm để khảo sát ảnh hƣởng của 4 thông số công nghệ (bƣớc xuống z, tốc độ chạy dụng cụ
vxy, tốc độ trục chính n, đƣờng kính dụng cụ tạo hình d) lên khả năng tạo hình và chất lƣợng bề mặt của chi tiết đƣợc gia công bởi phƣơng pháp tạo hình cục bộ liên tục trên 3 loại vật liệu:
- Nhôm 1050A-H14
- Tôn lạnh ZACS
- Inox 304
4. Xây dựng các phƣơng trình hồi qui từ các số liệu thực nghiệm dự đoán góc biến dạng lớn nhất và chất lƣợng bề mặt sản phẩm của 3 loại vật liệu trên khi biết đƣợc 4 thông số đầu vào. Kết quả có thể dùng để xác định chế độ tạo hình phù hợp nhằm thỏa mãn yêu cầu về độ nhám và dạng hình học của sản phẩm.
5. Ứng dụng tạo hình những sản phẩm bằng phƣơng pháp SPIF và TPIF. 6. Lập bảng biểu các chế độ gia công tối ƣu đối với 3 loại vật liệu.
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 30 7. Xây dựng phần mềm dùng cho việc tra cứu chế độ gia công của một số vật liệu (nhôm, thép mềm, inox) phục vụ cho việc tạo hình sản phẩm ứng dụng thực tế. Phần mềm có cơ sở dữ liệu mở, có thể cập nhập đối với nhiều loại vật liệu khác nhau.
Một số luận văn tốt nghiệp đại học và cao học đã đƣợc thực hiện liên quan đến SPIF.
1 - Đề tài luận văn “Nghiên cứu thiết kế thiết bị gia công kim loại tấm không dùng khuôn” [16] của tác giả Phan Đình Tuấn (31/12/2008), thiết kế một thiết bị có khả năng gia công kim loại tấm 2,5D. Các chuyển động đƣợc điều khiển là tịnh tiến theo 3 trục X, Y, Z bằng bộ truyền vít me – đai ốc bi, dẫn động bằng động cơ servo. Một phần quan trọng của luận văn là cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp gia công. Vì đây là nghiên cứu thiết kế đầu tiên về thiết bị này thiết kế này chƣa đƣợc hoàn chỉnh.
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết đang đƣợc nghiên cứu trên thế giới của công nghệ tạo hình gia tăng đơn điểm.
Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí, sử dụng khoảng 70% chi tiết cơ khí chuẩn trong thƣ viện Misumi.
Mô hình hoá bằng phần mềm Inventor Professional 2008.
Tuy luận văn đã đạt một số kết quả nhất định nhƣng vẫn chƣa giải quyết đƣợc một số vấn đề sau đây:
Chƣa thiết kế đƣợc chƣơng trình điều khiển của động cơ. Chƣa chế tạo đƣợc mô hình thực tế.
2 - Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng dẻo và chất lượng bề mặt của vật liệu tấm khi gia công bằng phương pháp biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF (Single point incremental forming) ” [15] do tác giả Nguyễn Minh Khôi thực hiện (11/2009) nhằm mục đích nghiên cứu và phát triển công nghệ tạo hình kim loại tấm không dùng khuôn (theo phƣơng pháp SPIF), đề tài tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm trên 3 loại vật liệu tấm: nhôm, thép mềm, inox.
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 31 Trƣớc hết đề tài tìm hiểu về quy trình công nghệ của phƣơng pháp này. Từ đó tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của các thông số công nghệ của phƣơng pháp tạo hình gia tăng đơn điểm lên khả năng biến dạng và chất lƣợng bề mặt của sản phẩm. Đề tài tập trung khảo sát 4 thông số công nghệ là bƣớc xuống dụng cụ (z), tốc độ tiến (Fxy), tốc độ quay (n) và đƣờng kính dụng cụ (D). Kết quả đã đƣa ra phƣơng trình hồi quy thực nghiệm thể hiện ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng và chất lƣợng bề mặt của sản phẩm trên một số loại vật liệu tấm. Dựa vào đó có thể tối ƣu hoá các thông số công nghệ để đạt đƣợc chất lƣợng sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật.
Xây dựng đƣợc 6 phƣơng trình hồi qui từ các số liệu thực nghiệm để có thể dự đoán đƣợc góc biến dạng lớn nhất và chất lƣợng bề mặt sản phẩm đối với 3 vật liệu nhôm A1050-H14, tôn lạnh ZACS, inox 304. Từ đó đã tối ƣu các thông số công nghệ và đề xuất một số chế độ gia công thích hợp với từng ứng dụng cụ thể (công nghiệp, y học…). Kết quả đạt đƣợc tƣơng đối đáng tin cậy, có thể dùng để tra cứu trong những ứng dụng thực tế khi gia công tấm bằng phƣơng pháp SPIF. Tuy nhiên vẫn còn chƣa xét đến ảnh hƣởng của hiệu ứng springback, chƣa quan tâm đến vấn đề nhiệt trong phƣơng pháp gia công SPIF, và vật liệu sử dụng trong thực nghiệm không đồng nhất.
3 - Đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên góc biến dạng và hiệu ứng springback trong SPIF” [17] do tác giả Nguyễn Thiên Bình thực hiện (12/2009), mục đích là xác định đồ thị liên quan giữa góc biến dạng lớn nhất và hiệu ứng đàn hồi ngƣợc spring-back đối với các thông số công nghệ trong phƣơng pháp tạo hình kim loại tấm gia tăng đơn điểm (SPIF) trên vật liệu nhôm A1050-H14. Một phần quan trọng của luận văn là các đồ thị có thể áp dụng để tham khảo trong quá trình thiết kế sản phẩm dùng công nghệ SPIF. Vì đây là nghiên cứu thực nghiệm mang tính phát triển các nghiên cứu lý thuyết trên SPIF nên các kết quả thí nghiệm trong luận văn có tham khảo các kết quả nghiên cứu khác trên thế giới. Một số kết quả mà đề tài đã thực hiện đƣợc:
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm (SPIF) trên phƣơng diện góc biến dạng lớn nhất và ảnh hƣởng của hiệu ứng springback.
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 32 Tiến hành các thí nghiệm theo phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm (DOE) và xử lý kết quả thí nghiệm bằng phần mềm MiniTab
Đƣa ra đƣợc công thức liên quan giữa chế độ gia công với các thông số đầu ra là góc biến dạng lớn nhất và hiệu ứng spring back (Nhôm có mác A1050-H14).
Xây dựng đồ thị dựa trên các công thức có đƣợc. Các đồ thị này có thể đƣợc sử dụng trong quá trình thiết kế để dự đoán các phản ứng của vật liệu đối với các chế độ gia công khác nhau trên vật liệu nhôm A1050-H14. Ứng dụng kết quả đạt đƣợc trên công nghệ SPIF để thực nghiệm gia công mẫu thực tế.
Tuy nhiên luận văn chƣa giải quyết đƣợc khả năng biến dạng của các vật liệu khác ngoài nhôm A1050-H14, việc thực hiện đo springback mới chỉ xét đến trƣờng hợp giữ nguyên chi tiết trên đồ gá. Khi tháo chi tiết ra sẽ tiếp tục có các biến dạng phụ thêm.
4 - Dựa trên những thành tựu của ngành khoa học phát triển công nghệ vật liệu composit, các nhà công nghệ vật liệu có thể tạo ra những coposite mới thỏa mãn mọi nhu cầu đa dạng và phong phú của nền công nghiệp phát triển hiện nay cũng nhƣ trong tƣơng lai. Chính vì vậy ngƣời ta thƣờng nói: nền văn minh thế kỷ 21 là nền văn minh của thời kì vật liệu composite. Cũng nằm trong quy luật đó, vật liệu composite nền nhựa nhiệt dẻo đã có nhiều phát triển và ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, nhƣ ứng dụng trong công nghiệp ôtô, hàng không, tàu thuyền, ống dẫn hóa chất, bồn chứa…
Trong sự phát triển của ngành vật liệu composite có sự đóng góp rất lớn của lĩnh vực tạo hình cho vật liệu composite. Tác giả Phạm Văn Trung đã thực hiện luận văn thạc sĩ (16/06/2010) với đề tài “Nghiên cứu một phương pháp gia công mới đối với vật liệu composite nền nhựa nhiệt dẻo” [18] . Đó là phƣơng pháp gia tăng biến dạng đơn điểm nhằm tránh tốn kém chi phí gia công khuôn ép nhựa và rút ngắn thời gian chuẩn bị khi gia công các sản phẩm đơn chiếc, các sản phẩm mẫu hay sản xuất với số lƣợng bé. Đề tài khảo sát mô hình côn cong bằng vật liệu composit bằng phần
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 33 mềm Pro/E và mô phỏng khả năng biến dạng bằng phần mềm ABAQUS khảo sát khả năng biến dạng của vậ liệu composit với các góc giới hạn tạo hình khác nhau và ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả phân tích ở trên ta thấy góc giới hạn tạo hình thay đổi đáng kể khi nhiệt độ từ 1300
đến 1650. Trong khoảng nhiệt độ từ 200 đến 600 góc tạo hình hầu nhƣ không thay đổi, chuyển vị tải vị trí bị rách tại 600 (4,35 mm) nhỏ hơn chuyển vị tại 200 (4,36 mm) là do ta chọn bƣớc tiến z quá lớn (Δz = 0,5 mm), do đó có sự sai lệch này. Từ nhiệt độ 1350 đến 1600 góc giới hạn tạo hình khá tốt, do đó tốt nhất ta nên thực hiện quá trình SPIF trong khoảng nhiệt độ này.
Tuy nhiên đề tài chỉ khảo sát đƣợc khả năng biến dạng với các góc tạo hình và ở những nhiệt độ khác nhau bằng phần mềm ABAQUS mà chƣa thực nghiệm đƣợc để so sánh kết quả giữa gia công thực tế bằng SPIF và mô hình mô phỏng.
5 – Trong bài báo “Nghiên Cứu Tính Toán Công Suất Tiêu Thụ Trong Tạo Hình Kim Loại Tấm Bằng Phương Pháp SPIF” của các tác giả Nguyễn Thanh Nam, Lê Khánh Điền, Lê Văn Sỹ [19], trình bày một trƣờng hợp tính công suất tiêu thụ của trục chính máy phay CNC khi tạo hình tấm kim loại dạng màng bằng phƣơng pháp SPIF (Single Point Incremental Forming), là phƣơng pháp tạo hình tấm mới nghiên cứu trên thế giới trong những năm gần đây bằng cách điều khiển miết một đầu chày hình cầu không lƣỡi cắt lên tấm kim loại đƣợc kẹp trên đồ gá. Hai trƣờng hợp đƣợc tính toán công suất dựa trên ứng suất tiếp cực đại trong cấu trúc vi mô tinh thể của vật liệu tấm: đó là giai đoạn đầu tiên khi chày nén thẳng xuống bề mặt tấm và giai đoạn đang gia công khi chạy dao vòng. Giá trị cụ thể của công suất tiêu thụ cho gia công tấm nhôm A1050-H14 với đầu chày thép gió có đƣờng kính 10 mm đƣợc áp dụng từ công thức kết luận trong bài viết cho thấy sự phù hợp của công thức lý thuyết với công suất tiêu thụ chỉ thị trên máy khi gia công thử nghiệm 24 nhóm mẫu nhôm A1050-H14 dày 1 mm trên máy phay CNC Bridge Port VMC500 của phòng thí nghiệm CAD&CAM, khoa Cơ khí, trƣờng Đại học Bách khoa Tp HCM.