Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và nhiệt độ đến biến dạng tạo hình khi dập vuốt chi tiết dạng cốc từ vật liệu SPCC.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.7 MB, 227 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
LUYỆN THẾ THẠNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT
CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hưng Yên - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
LUYỆN THẾ THẠNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
VÀ NHIỆT ĐỘ ĐẾN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHI DẬP VUỐT
CHI TIẾT DẠNG CỐC TỪ VẬT LIỆU SPCC
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS Nguyễn Đức Toàn
2. GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS. TSKH. NGND Bành
Tiến Long và GS.TS Nguyễn Đức Toàn, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động
viên, giúp đỡ tơi vượt qua những khó khăn để hồn thành luận án này.
Tơi xin chân thành cám ơn Cơng ty TNHH Cơ khí Ơ tơ Đức Hòa đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành thực nghiệm luận án.
Tơi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ mơn Tự động
hóa thiết kế cơng nghệ cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi
điều kiện và giúp đỡ tơi hồn thành luận án.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả đồng nghiệp, bạn bè, gia
đình và người thân đã ln ở bên động viên khích lệ và mong muốn tơi hồn thành luận
án này.
Nghiên cứu s
(đã ký)
Luyện Thế Th
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận án là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Tất cả
các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.
TM. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
(đã ký)
GS.TS Nguyễn Đức Toàn
NGHIÊN CỨU SINH
(đã ký)
Luyện Thế Thạnh
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT........................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ....................................................................... xii
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.......................................................................... 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 2
2.1. Mục đích nghiên cứu.......................................................................................... 2
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài....................................................... 3
5. Những đóng góp mới của đề tài................................................................................. 4
6. Cấu trúc của nội dung luận án.................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP VUỐT CĨ GIA NHIỆT................5
1.1 Cơng nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí................................................................ 5
1.2 Cơng nghệ dập vuốt và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập
vuốt................................................................................................................................ 6
1.2.1 Khái quát về công nghệ dập vuốt...................................................................... 6
1.2.2 Xác định các thơng số của q trình dập vuốt................................................. 10
1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt..............................17
1.3 Các phương pháp gia nhiệt trong dập vuốt............................................................. 20
1.3.1 Các mơ hình gia nhiệt trên phơi dập vuốt....................................................... 20
1.3.2 Mơ hình gia nhiệt trên khn dập vuốt........................................................... 24
1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về gia cơng tạo hình vật liệu
tấm có gia nhiệt............................................................................................................ 25
1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước................................................................ 25
1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước................................................................ 26
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................................. 34
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU VÀ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG CONG GIỚI HẠN TẠO HÌNH CỦA VẬT LIỆU SPCC TẠI CÁC NHIỆT ĐỘ
KHÁC NHAU.................................................................................................................. 35
2.1 Mơ hình thuộc tính và phá huỷ vật liệu.................................................................. 35
2.1.1 Phá huỷ dẻo vật liệu........................................................................................ 35
2.1.2 Mơ hình phá hủy vật liệu................................................................................ 37
2.1.3 Mơ hình thuộc tính vật liệu............................................................................. 44
2.1.4 Xác định cơ tính vật liệu SPCC sử dụng trong nghiên cứu.............................45
2.2 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ phòng và nhiệt độ gia nhiệt độ
khác nhau..................................................................................................................... 49
2.2.1 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ phòng..............................50
2.2.2 Xây dựng FLC của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt độ gia nhiệt độ khác
nhau 55
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................................. 63
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA
MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ
CỦA CHI TIẾT DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT..................................................... 64
3.1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm.................................................................................. 64
3.2 Thiết lập thực nghiệm............................................................................................ 66
3.2.1 Vật liệu thực nghiệm....................................................................................... 66
3.2.2 Phôi và dụng cụ phục vụ trong thực nghiệm................................................... 66
3.2.3 Máy thực nghiệm............................................................................................ 67
3.2.4 Bộ khuôn thực nghiệm.................................................................................... 68
3.2.5 Thiết bị gia nhiệt và bộ thu thập dữ liệu về nhiệt độ....................................... 69
3.2.6 Thiết bị đo....................................................................................................... 71
3.3. Mô phỏng số trong gia công dập vuốt................................................................... 73
3.3.1 Mơ hình phần tử hữu hạn (FEM).................................................................... 73
3.3.2 Thiết lập các thông số mô phỏng và thực nghiệm........................................... 74
3.4 Nghiên cứu về quá trình gia nhiệt trong dập vuốt bằng thực nghiệm.....................76
3.4.1 Sơ đồ thực nghiệm.......................................................................................... 76
3.4.2 Xây dựng mơ hình tốn học thể hiện mối quan hệ giữa thời gian gia nhiệt và
nhiệt độ phôi khi dập vuốt....................................................................................... 77
3.5 Kiểm chứng độ chính xác của FLC vật liệu SPCC tại các nhiệt độ khác nhau thông
qua mô phỏng và thực nghiệm..................................................................................... 79
3.5.1 Kiểm chứng FLC tại nhiệt độ phòng.............................................................. 79
3.5.2 .Kiểm chứng FLC tại nhiệt độ khác nhau....................................................... 81
3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn phôi, mức độ dập vuốt, bán kính cong của
chày và nhiệt độ đến chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ
82
3.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn phôi (FBH) đến chiều cao tạo hình của chi
tiết dạng cốc trụ....................................................................................................... 82
3.6.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ dập vuốt (Mt) đến chiều cao tạo hình chi
tiết dạng cốc trụ....................................................................................................... 85
3.6.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong của chày Rp đến chiều cao tạo hình
chi tiết dạng cốc trụ................................................................................................. 87
3.6.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phôi T (0C) đến chiều cao tạo hình chi tiết
dạng cốc trụ............................................................................................................. 89
3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc
trụ khi dập vuốt............................................................................................................ 91
3.7.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc
trụ tại nhiệt độ phòng............................................................................................... 93
3.7.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc
trụ tại nhiệt độ khác nhau........................................................................................ 95
3.7.3 So sánh phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ thông qua mô phỏng tại
các nhiệt độ khác nhau............................................................................................. 97
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3................................................................................................. 99
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN THỂ HIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
THÔNG SỐ ĐẾN CHIỀU CAO TẠO HÌNH VÀ CHIỀU DÀY PHÂN BỐ CHI TIẾT
DẠNG CỐC TRỤ KHI DẬP VUỐT............................................................................. 100
4.1 Thiết kế thực nghiệm........................................................................................... 100
4.2 Điều kiện thực nghiệm......................................................................................... 104
4.3 Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra........105
4.3.1 Phân tích mối quan hệ của các thơng số (FBH, Rp, Mt) đến chiều cao tạo hình
(HR) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt.........................................................105
4.3.2 Phân tích mối quan hệ của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình
(HR2) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt.......................................................110
4.3.3 Phân tích mối quan hệ của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều dày phân bố
(tP) của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt........................................................... 116
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4............................................................................................... 121
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO............................................... 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 123
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN...........................129
PHỤ LỤC........................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
FLC
FLD
FFLD
d1
Diễn giải
Forming Limit Curve – Đường cong giới hạn tạo hình
Forming Limit Diagram – Sơ đồ đường cong giới hạn
Fracture Forming Limit Diagram – Sơ đồ giới hạn tạo hình
phá hủy
Finite Element Method – Mô phỏng bằng phương pháp
phần tử hữu hạn
Modified Maximum Force Criterion – Tiêu chuẩn trở lực
tối đa được sửa đổi
Steel – Plate – Cold rolled – Carbon – Thép tấm cán nguội
Mơ hình Johnson – Cook
Mơ hình Bao-Wierzbicki
Plane Strain – Biến dạng phẳng
Uniaxial Tension – Biến dạng kéo đơn trục
Equibiaxial Tension – Biến dạng kéo đều đồng thời theo
hai phương
Stretch Forming – Biến dạng tạo hình kéo
Pure Shear – Biến dạng cắt thuần túy
Uniaxial Compression – Biến dạng nén đơn trục
Bán kính lượn của cối
Bán kính cong của chày
Khe hở giữa chày và cối
Đường kính của phơi ban đầu
Bán kính của phơi tấm
Bán kính của vành chi tiết sau khi dập vuốt
Bán kính chày dập vuốt
Đường kính chày dập vuốt
Đường kính của phơi sau lần dập đầu tiên
d2
Đường kính của bán thành phẩm sau lần dập thứ hai
mm
dn
Đường kính của bán thành phẩm cho các lần dập tiếp theo
mm
Mt
Mức độ dập vuốt
FEM
MMFC
SPCC
J-C
B-W
P.S
U.T
B.T
S.F
S.P
U.C
Rd
Rp
Wc
D0
R0
R
rp
dp
HR
HR-TN
HR-MP
Hv
Hs
Chiều cao tạo hình khi chi tiết bắt đầu xuất hiện rách
(Gọi tắt là “chiều cao tạo hình”)
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi thực
nghiệm
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mơ phỏng
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC
được xây dựng dựa trên mơ hình của Voce trong mơ
phỏng số)
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC
được xây dựng dựa trên mơ hình của Swift trong mơ
phỏng số)
Đơn vị
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
Hkt
mm
tP
t
tk
∆��
tMP
tTN
tmin
tTB
Ft
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ (sử dụng FLC
được xây dựng dựa trên mơ hình của Kim-Tuan trong mơ
phỏng số)
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi sử
dụng mơ hình tương ứng Voce; Swift; Kim-Tuan
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi sử dụng
FLC khác nhau
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi sử dụng
FLC theo phương pháp tỷ lệ
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi sử dụng
FLC theo phương pháp đề xuất mới
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi sử
dụng FLC theo phương pháp tỷ lệ và phương pháp đề xuất
mới
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay
đổi mức độ dập vuốt
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay
đổi bán kính cong của chày
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay
đổi lực chặn phôi
Sai lệch về chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ khi thay
đổi nhiệt độ
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ được xác định
từ mơ hình tại nhiệt độ phịng
Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ được xác định
từ mơ hình tại nhiệt độ khác nhau
Chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ
Chiều dày phôi tấm
Chiều dày lớn nhất của phần vành tại ổ biến dạng
Sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ
Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng
Chiều dày chi tiết dạng cốc trụ khi thực nghiệm
Chiều dày nhỏ nhất của chi tiết dạng cốc trụ
Chiều dày trung bình của chi tiết dạng cốc trụ
Lực dập vuốt
FBH
Lực chặn phơi
kN
µp
Hệ số ma sát giữa chày và phơi
µh
Hệ số ma sát giữa tấm chặn và phơi
µd
Hệ số ma sát giữa cối và phôi
E
Mô đun đàn hồi của kim loại tấm
Tốc độ của dụng cụ gây biến dạng
Biến dạng chính và phụ.
Biến dạng tương đương
∆��; ∆��;
∆���
HFLC
HSTL
HSDX
∆����; ∆����
∆���
∆���
∆��
∆��
HR1-PT
HR2-PT
Vp
�1,
2
; f ;eq
%
mm
mm
mm
%
%
%
%
%
mm
mm
mm
mm
mm
%
mm
mm
mm
mm
kN
MPa
mm/s
��
Tốc độ biến dạng
Biến dạng hướng tiếp tuyến
����
��
, �� �̅
���
, eq
1;2 ;3
��
���
*
F, G, H, L, M và
N
r0 ; r90 ; r45
H H ( )
H'
��
d0 , d1, c0 , c1
D1, D2 , D3
T
Ts1
Ts2
Ts3
Ts4
Ts5
ANOVA
S/N
MSD
yi
y0
Su
Sll
F
s-1
Biến dạng phá hủy tương đương tương ứng ở nhiệt độ cao
và nhiệt độ phòng
Ứng suất tương đương
MPa
Ứng suất theo các phương
MPa
Tỷ lệ biến dạng
Ứng suất tương đương
MPa
Ứng suất thủy tĩnh
Ứng suất tương đương Von Mises
Các tham số bất đẳng hướng Hill
Hệ số dị hướng theo phương cán, phương ngang vng
góc với hướng cán và theo phương 450
Tỷ lệ ứng suất theo hai phương chính
Biểu thị hàm cứng hóa
Biểu thị độ dốc của đường cong cứng hóa
Giá trị Lankford
Chỉ số ứng suất theo ba phương
Các hệ số trong phương trình
MPa
MPa
MPa
MPa
Các hệ số trong phương trình
Nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ trên cối dập vuốt
Cảm biến nhiệt độ trên tấm chặn phôi
Cảm biến nhiệt độ trên tấm đế cối dập vuốt
Cảm biến nhiệt độ trên chày dập vuốt
Cảm biến nhiệt độ trên tấm cối
Analysis of Variance – Phân tích phương sai
Signal – to – Nooise ratio – Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Bình phương độ lệch
Các giá trị kiểm tra của các thực nghiệm r
Giá trị tiêu chuẩn hoặc giá trị mục tiêu
Phương sai dư
Phương sai lặp
Hệ số Fisher
0
C
C
0
C
0
C
0
C
0
C
0
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Các tham số trích dẫn [42-43].......................................................................... 11
Bảng 1. 2 Các tính năng của phương pháp gia nhiệt được sử dụng để dập nóng..............23
Bảng 2. 1 Mơ hình phá hủy vật liệu kim loại................................................................... 38
Bảng 2. 2 Mơ hình thuộc tính vật liệu.............................................................................. 44
Bảng 2. 3 Thuộc tính của SPCC tại nhiệt độ phịng......................................................... 48
Bảng 2. 4 Thuộc tính của SPCC tại nhiệt độ khác nhau................................................... 49
Bảng 2. 5 Các thơng số của phương trình Swift, Voce và Kim-Tuan cho vật liệu SPCC 51
Bảng 2. 6 Các hệ số được xác định ở ba chế độ tạo hình, dựa trên hàm ứng suất Hill’s
1948
............................................................................................................................................53
Bảng 2. 7 Biến dạng phá hủy tương đương với các mô hình vật liệu............................... 54
Bảng 2. 8 Biến dạng chính – phụ với các mơ hình vật liệu.............................................. 54
Bảng 2. 9 Biến dạng tương đương và chỉ số ứng suất theo 3 phương..............................58
Bảng 2. 10 Biểu thị chỉ số ứng suất theo 3 phương và tỷ số biến dạng............................58
Bảng 2. 11 Các thông số thu được bằng cách giải hệ phi tuyến phương trình..................58
Bảng 2. 12 Giá trị phá hủy tại các nhiệt độ khác nhau của vật liệu SPCC........................59
Bảng 2. 13 Biến dạng chính – phụ tại các nhiệt độ khác nhau.........................................60
Bảng 2. 14 Biến dạng tương đương tại các nhiệt độ và chỉ số ứng suất theo 3 phương của
các mẫu dập bởi mơ hình chày dập kéo dài Hecker’s....................................................... 61
Bảng 2. 15 Các thông số thu được bằng cách giải hệ phi tuyến phương trình..................61
Bảng 3. 1 Bảng thành phần hóa học của vật liệu SPCC ( tiêu chuẩn JIS-G3141)............66
Bảng 3. 2 Thông số của máy ép thủy lực bốn trụ đơi Y28-200........................................67
Bảng 3. 3 Tính chất của vật liệu chế tạo khuôn................................................................ 68
Bảng 3. 4 Các thông số hình học và cơng nghệ, vật lý cố định của quá tình dập vuốt chi
tiết dạng cốc trụ................................................................................................................ 75
Bảng 3. 5 Các hằng số của Phương trình 3.1.................................................................... 78
Bảng 3. 6 Các mức nhiệt độ dùng trong quá trình thực nghiệm....................................... 79
Bảng 3. 7 So sánh chiều cao tạo hình giữa mơ phỏng và thực nghiệm............................. 80
Bảng 3. 8 Kết quả so sánh về chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng
và thực nghiệm................................................................................................................. 82
Bảng 3. 9 Tên thực nghiệm và tham số quá trình khi nghiên cứu về lực chặn phơi........83
Bảng 3. 10 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về chiều cao tạo hình của chi tiết
dạng cốc trụ khi thay đổi lực chặn phôi............................................................................ 85
Bảng 3. 11 Tên thực nghiệm và các tham số quá trình khi thay đổi mức độ dập vuốt......86
Bảng 3. 12 Ảnh hưởng của mức độ dập vuốt đến chiều cao tạo hình của cốc trụ thông qua
thực nghiệm và mô phỏng................................................................................................ 87
Bảng 3. 13 Tên thực nghiệm và các tham số quá trình khi thay đổi bán kính cong của
chày dập vuốt................................................................................................................... 87
Bảng 3. 14 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về chiều cao tạo hình chi tiết dạng
cốc trụ khi thay đổi bán kính cong của chày.................................................................... 88
Bảng 3. 15 Tên thực nghiệm và tham số quá trình khi nghiên cứu về nhiệt độ................89
Bảng 3. 16 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao tạo hình chi tiết thơng qua mơ phỏng
và thực nghiệm................................................................................................................. 90
Bảng 3. 17 Ảnh hưởng của lực chặn phôi đến sự phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc.
............................................................................................................................................92
Bảng 3. 18 Sai lệch giữa mô phỏng FE và thực nghiệm về phân bố chiều dày của chi tiết
dạng cốc trụ tại nhiệt độ phòng........................................................................................ 94
Bảng 3. 19 Sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm về phân bố chiều dày của chi tiết
dạng cốc trụ tại nhiệt độ khác nhau.................................................................................. 96
Bảng 3. 20 So sánh giữa kết quả mô phỏng về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ
tại các nhiệt độ................................................................................................................. 97
Bảng 4. 1 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, Mt) và đầu ra (HR1)......................................100
Bảng 4. 2 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, T) và đầu ra (HR2)........................................100
Bảng 4. 3 Các thông số đầu vào (FBH, Rp, T) và đầu ra (tp)...........................................100
Bảng 4. 4 Kiểu đặc tính chất lượng các chỉ tiêu đánh giá chi tiết dạng cốc trụ..............102
Bảng 4. 5 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ phòng.................................................... 102
Bảng 4. 6 Mảng trực giao L9 khi gia công dập vuốt tại nhiệt độ phòng.........................102
Bảng 4. 7 Ma trận thực nghiệm khi gia cơng thơng thường tại nhiệt độ phịng..............102
Bảng 4. 8 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ khác nhau.............................................. 103
Bảng 4. 9 Mảng trực giao L9 khi dập vuốt có gia nhiệt khi nghiên cứu đầu ra là chiều cao
tạo hình.......................................................................................................................... 103
Bảng 4. 10 Ma trận thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt khi nghiên cứu đầu ra là chiều cao
tạo hình.......................................................................................................................... 103
Bảng 4. 11 Tham số và các mức độ tại nhiệt độ khác nhau............................................ 104
Bảng 4. 12 Mảng trực giao L9 khi dập vuốt có gia nhiệt khi thơng số đầu ra là chiều dày
phân bố của chi tiết dạng cốc trụ.................................................................................... 104
Bảng 4. 13 Ma trận thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt khi thơng số đầu ra là chiều dày
phân bố của chi tiết dạng cốc trụ.................................................................................... 104
Bảng 4. 14 Kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa các thông số (FBH, Rp, Mt) đến chiều cao
tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt............................................................ 106
Bảng 4. 15 Kết quả ANOVA cho chiều cao tạo hình HR-MP.................................................................. 106
Bảng 4. 16 Bảng phân tích phương sai ANOVA các yếu tố ảnh hưởng tới chiều cao tạo
hình................................................................................................................................ 108
Bảng 4. 17 So sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm............................. 109
Bảng 4. 18 Kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao
tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong dập vuốt............................................................ 111
Bảng 4. 19 Kết quả ANOVA cho chiều cao tạo hình HR-MP.................................................................. 111
Bảng 4. 20 Bảng phân tích phương sai ANOVA các yếu tố ảnh hưởng tới chiều cao tạo
hình................................................................................................................................ 114
Bảng 4. 21 So sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm............................. 115
Bảng 4. 22 Kết quả đo phân bố chiều dày tại 8 điểm của chi tiết dạng cốc trụ tại 9 thực
nghiệm........................................................................................................................... 116
Bảng 4. 23 Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số (F BH, Rp, T) đến chiều dày
của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt............................................................................. 117
Bảng 4. 24 Kết quả ANOVA cho phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ...............117
Bảng 4. 25 Sai lêch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với bộ thông số hợp lý.
..........................................................................................................................................119
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Sơ đồ phân loại trong dập tấm [39]................................................................... 6
Hình 1. 2 Các chi tiết dạng trịn xoay................................................................................. 6
Hình 1. 3 Các chi tiết dạng hộp và dạng cốc...................................................................... 6
Hình 1. 4.Các chi tiết khung, vỏ ô tô được chế tạo bằng cơng nghệ dập tấm.....................7
Hình 1. 5 Sơ đồ các ngun cơng trong dập vuốt [39]....................................................... 7
Hình 1. 6 Sơ đồ dập vuốt xi với cối cố định................................................................... 9
Hình 1. 7 Sơ đồ dập vuốt xi với chày cố định................................................................ 9
Hình 1. 8 Sơ đồ quá trình dập vuốt ngược trên máy ép thủy lực........................................ 9
Hình 1. 9 Các thiết bị chính sử dụng để dập vuốt............................................................. 10
Hình 1. 10 Các thơng số hình học cơ bản của khn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ có vành.
............................................................................................................................................10
Hình 1. 11 Sơ đồ phân chia bề mặt chi tiết thành các phần tử hình học đơn giản.............12
Hình 1. 12 Trình tự dập vuốt [43]..................................................................................... 13
Hình 1. 13 Các khu vực ma sát khi dập vuốt chi tiết dạng cốc [42, 44-45]......................14
Hình 1. 14 Hình trụ rỗng khai triển và các tam giác xen kẽ [2]........................................ 15
Hình 1. 15 Sự phụ thuộc của áp lực riêng vào chiều dày của phôi ứng với các mức độ dập
vuốt Mt............................................................................................................................................................................................ 16
Hình 1. 16 Vùng làm việc của lực chặn phơi trong dập vuốt............................................ 17
Hình 1. 17 Sản phẩm dập bị rách [6]................................................................................ 17
Hình 1. 18 Sản phẩm dập bị nhăn vành [7]...................................................................... 18
Hình 1. 19 Chiều cao sản phẩm khơng đồng đều............................................................. 18
Hình 1. 20 Bề mặt cốc trụ bị cào xước sau khi dập [14]................................................... 19
Hình 1. 21 Sản phẩm khơng đạt được kích thước chính xác do hiện tượng đàn hồi ngược
[14]................................................................................................................................... 19
Hình 1. 22 Chiều dày thành sản phẩm biến mỏng không đồng đều.................................. 20
Hình 1. 23 (a) Lị nung con lăn được sử dụng chủ yếu trong dập nóng [21] và (b) lị nhiều
buồng, nhiều tầng nhỏ gọn để dập nóng........................................................................... 21
Hình 1. 24 Phơi được gia nhiệt bằng lị nung [21]............................................................ 21
Hình 1. 25 (a) Thiết bị nung hồng ngoại (b) Tấm uốn cong với nhiệt độ nung khác nhau
[22]................................................................................................................................... 21
Hình 1. 26 Nguyên lý gia nhiệt cảm ứng và (b) Phơi gia nhiệt cảm ứng cho dập nóng [24]
............................................................................................................................................22
Hình 1. 27 Phơi gia nhiệt điện trở được bố trí tách rời với khn dập [27]......................22
Hình 1. 28 Phơi được gia nhiệt bằng điện trở tích hợp cùng khn [27]..........................23
Hình 1. 29 Gia nhiệt tiếp xúc [14].................................................................................... 23
Hình 1. 30 Mơ hình gia nhiệt trên khn dập vuốt........................................................... 24
Hình 1. 31 Mơ hình gia nhiệt bằng tủ gia nhiệt lắp cùng bộ khn và máy dập [41]......24
Hình 1. 32 Ảnh chụp mẫu vật dập cho các Mt khác nhau; (a) có rung siêu âm và (b)
khơng có rung siêu âm..................................................................................................... 26
Hình 1. 33 Biểu đồ về lực dập và mức độ dập vuốt.......................................................... 26
Hình 1. 34 Kết quả phân tích FE; (a) hình dạng biến dạng (b) sơ đồ so sánh...................27
Hình 1. 35 Dự đốn hệ số ma sát; (a) mối quan hệ giữa hệ số ma sát và lực dập lớn nhất
(b) các hệ số ma sát dự đoán và % chênh lệch................................................................. 27
Hình 1. 36 Sơ đồ của trình tự quá trình dập vuốt khi gia nhiệt ấm...................................29
Hình 1. 37 Thay đổi Mt với nhiệt độ cối và nhiệt độ tấm chặn phơi................................29
Hình 1. 38 Sơ đồ thiết lập thực nghiệm quá trình dập vuốt gia nhiệt ấm.......................... 30
Hình 1. 39 Xác định chiều cao của chi tiết dạng cốc: (a) đẳng nhiệt và (b) không đẳng
nhiệt trong dập vuốt......................................................................................................... 30
Hình 1. 40 Mơ hình thực nghiệm Erichsen [62].............................................................. 31
Hình 1. 41 Mơ hình thực nghiệm Marciniak và Nakazima [18]....................................... 31
Hình 1. 42 Mẫu thực nghiệm xác định các điểm giới hạn tạo hình..................................32
Hình 1. 43 Đường cong giới hạn tạo hình được xây dựng từ thực nghiệm [64]...............32
Hình 2. 1 Đường cong ứng suất biến dạng của vật liệu giịn và vật liệu dẻo [68]............35
Hình 2. 2 Sự hình thành mầm, phát triển và hợp nhất lỗ trống trong vật liệu dẻo a) sự xâm
nhập trong ma trận dẻo, b) sự tạo mầm các lỗ trống, c) sự phát triển lỗ trống, d) biến dạng
trong vùng giữa các lỗ trống e) sự thắt hẹp giữa các lỗ trống, f) sự liên kết giữa các lỗ
trống và phá hủy [68]....................................................................................................... 36
Hình 2. 3 Sơ đồ cho thấy sự biến đổi giữa ba thành phần: Thành phần hỗn hợp của biến
dạng tương đương và ứng suất theo 3 phương; biến dạng chính; ứng suất chính.............40
Hình 2. 4 Vị trí phá hủy BW biến đổi vào không gian của các biến dạng chính phá hủy.42
Hình 2. 5 Sự biến đổi mơ hình phá hủy BW trong khơng gian của các biến dạng chính
(nhánh I)........................................................................................................................... 42
Hình 2. 6 Đường cong ứng suất biến dạng của thép......................................................... 44
Hình 2. 7 (a) Sơ đồ minh họa các hướng của ba mẫu được cắt từ tấm ban đầu và (b) kích
thước của mẫu thực nghiệm kéo đơn trục theo tiêu chuẩn ISO 6892 (Đơn vị: mm)........46
Hình 2. 8 Mẫu thực nghiệm kéo theo 3 hướng; a, song song với phương cán (RD-00);...46
Hình 2. 9 Thí nghiệm kéo mẫu ở nhiệt độ phịng trên máy kéo nén................................. 47
Hình 2. 10 Thí nghiệm kéo mẫu ở nhiệt độ khác nhau trên máy kéo nén......................... 47
Hình 2. 11 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tại nhiệt độ phịng theo 3 hướng:
RD-00; RD-450; TD-900.................................................................................................... 48
Hình 2. 12 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo nhiệt độ phịng và nhiệt độ
khác nhau......................................................................................................................... 48
Hình 2. 13 Sơ đồ các bước xây dựng FLC tại các nhiệt độ khác nhau.............................49
Hình 2. 14 Phương pháp hoạ đồ để đự đốn đường cong giới hạn tạo hình của kim loại
tấm SPCC......................................................................................................................... 54
Hình 2. 15 FLC được tính tốn dựa trên phương pháp họa đồ cho vật liệu tấm SPCC.. . .55
Hình 2. 16 Kích thước của mẫu thử FLD của vật liệu SPCC........................................... 56
Hình 2. 17 Mơ hình phần tử hữu hạn dùng trong mơ phỏng trong ABAQUS..................56
Hình 2. 18 Kết quả mô phỏng FE khi sử dụng phương pháp họa đồ để dự đốn FLC.....56
Hình 2. 19 Mối quan hệ giữa chỉ số ứng suất theo 3 phương với biến dạng tương đương
............................................................................................................................................57
Hình 2. 20 So sánh giới hạn tạo hình của mơ hình Hecker’s và dự đốn FLC bằng phương
pháp họa đồ...................................................................................................................... 57
Hình 2. 21 Đường cong chỉ số ứng suất theo 3 phương với tỷ số biến dạng....................59
Hình 2. 22 Đồ thị đường cong về biến dạng phá hủy và chỉ số ứng suất theo 3 phương. 59
Hình 2. 23 FLC tại nhiệt độ khác nhau của vật liệu SPCC theo phương pháp tỷ lệ.........60
Hình 2. 24 Đường cong phá hủy với các điểm phá hủy từ mơ phỏng tại các nhiệt độ.....61
Hình 2. 25 Đường cong giới hạn tạo hình tại nhiệt độ khác nhau được dự đốn theo
phương pháp đề xuất mới................................................................................................. 62
Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống các mơ đun chính............................................................. 64
Hình 3. 2 Sơ đồ thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt trên máy ép thủy lực........................65
Hình 3. 3 Hình ảnh thực nghiệm dập vuốt có gia nhiệt trên máy ép thủy lực 150T.........65
Hình 3. 4 Phơi tấm vật liệu SPCC chiều dày t=0,6mm.................................................... 66
Hình 3. 5 Bộ dụng cụ thực nghiệm và các sản phẩm dập................................................. 67
Hình 3. 6 Mơ hình sản phẩm nghiên cứu......................................................................... 68
Hình 3. 7 Bộ khn dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ........................................................... 69
Hình 3. 8 Các chi tiết của bộ khn dập vuốt................................................................... 69
Hình 3. 9 Thanh nhiệt điện trở một đầu............................................................................ 70
Hình 3. 10 Kết nối giữa máy tính với bộ thu thập dữ liệu USB-4718..............................71
Hình 3. 11 Thước đo độ cao Mitutoyo 192-132............................................................... 71
Hình 3. 12 Sơ đồ đo chiều cao tạo hình chi tiết dạng cốc trụ........................................... 72
Hình 3. 13 Thiết bị đo (kính hiểm vi Axiovert 40 MAT).................................................. 73
Hình 3. 14 Các bước chuẩn bị mẫu trước khi đo chiều dày.............................................. 73
Hình 3. 15 Mơ hình 3D của phần tử hữu hạn trong phần mềm ABAQUS.......................74
Hình 3. 16 Mơ hình gia nhiệt và đo nhiệt cho bộ khn dập vuốt.................................... 76
Hình 3. 17 Sơ đồ thực nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt cho bộ khuôn dập vuốt...................77
Hình 3. 18 Sự tiến triển nhiệt độ tại các vị trí đặt cảm biến đối với phơi dập đầu tiên.....78
Hình 3. 19 Sự tiến triển nhiệt độ tại các vị trí đặt cảm biến đối với phơi dập tiếp theo....78
Hình 3. 20 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ theo các mơ hình vật liệu..........80
Hình 3. 21 Đồ thi so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm chiều cao tạo hình của chi tiết
dạng cốc trụ...................................................................................................................... 80
Hình 3. 22 Vị trí các điểm biến dạng chính/ phụ trên chi tiết dạng cốc trụ......................81
Hình 3. 23 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mơ phỏng và thực nghiệm tại
nhiệt độ 2500C.................................................................................................................. 81
Hình 3. 24 Đồ thị so sánh về chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng và
thực nghiệm..................................................................................................................... 82
Hình 3. 25 Phân phối ứng suất tương đương tại các lực chặn phôi thông qua mô phỏng (a)
FBH =7,5 kN và (b) FBH =17,5 kN.....................................................................................83
Hình 3. 26 Chi tiết dập vuốt ở các lực chặn phôi khác nhau:........................................... 83
Hình 3. 27 Chiều cao tạo hình của cốc trụ khi thay đổi lực chặn phôi. a) Mô phỏng số; b)
Thực nghiệm.................................................................................................................... 84
Hình 3. 28 Biểu đồ ảnh hưởng của lực chặn phơi đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng
cốc trụ.............................................................................................................................. 85
Hình 3. 29 Chiều cao tạo hình của cốc trụ khi thay đổi mức độ dập vuốt........................86
Hình 3. 30 Ảnh hưởng của mức độ dập vuốt đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc
trụ trong dập vuốt vật liệu SPCC...................................................................................... 87
Hình 3. 31 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi thay đổi bán kính cong của
chày. a) Mơ phỏng số; b) Thực nghiệm............................................................................ 88
Hình 3. 32 Biểu đồ ảnh hưởng của bán kính cong của chày đến chiều cao tạo hình của chi
tiết dạng cốc trụ................................................................................................................ 89
Hình 3. 33 Chiều cao tạo hình của chi tiết khi thay đổi nhiệt độ...................................... 90
Hình 3. 34 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ trong
dập vuốt vật liệu SPCC.................................................................................................... 90
Hình 3. 35 Chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng dập vuốt tại các
nhiệt độ từ 25 0C đến 4000C............................................................................................. 91
Hình 3. 36 Xác định chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ........................................... 92
Hình 3. 37 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với lực lực chặn phôi khác nhau
93 Hình 3. 38 Chi tiết dạng cốc trụ khi dập sâu tại nhiệt độ khác nhau............................94
Hình 3. 39 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt độ phịng.
............................................................................................................................................95
Hình 3. 40 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ tại nhiệt 1500C
............................................................................................................................................96
Hình 3. 41 Đồ thị sai lệch về phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc tại nhiệt 2500C....96
Hình 3. 42 Đồ thị sai lệch về chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng tại
các nhiệt độ...................................................................................................................... 98
Hình 4. 1 Hình ảnh chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng với bộ
thông số (FBH, Rp, Mt)...................................................................................................105
Hình 4. 2 Biểu đồ phân mức các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP..................................... 106
Hình 4. 3 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP................107
Hình 4. 4 Hình ảnh kết quả mô phỏng và thực nghiệm với bộ tham số phù hợp............107
Hình 4. 5 Biểu đồ ảnh hưởng của các thơng số đến chiều cao tạo hình..........................109
Hình 4. 6 Hình ảnh các mẫu thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tốn phương trình (4.6)
..........................................................................................................................................109
Hình 4. 7 Đồ thị so sánh chiều cao tạo hình xác định từ hàm hồi quy và thực nghiệm. .110
Hình 4. 8 Kết quả chiều cao tạo hình của chi tiết dạng cốc trụ khi mô phỏng với bộ thơng
số (FBH, Rp, T)...............................................................................................................111
Hình 4. 9 Kết quả tỷ lệ S/N của từng tham số ảnh hưởng đến HR-MP.............................................112
Hình 4. 10 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều cao tạo hình HR-MP.............112
Hình 4. 11 Kết quả mơ phỏng với bộ tham số tối ưu...................................................... 113
Hình 4. 12 Ảnh hưởng của các thông số (FBH, Rp, T) đến chiều cao tạo hình của chi tiết
dạng cốc trụ.................................................................................................................... 114
Hình 4. 13 Hình ảnh các mẫu thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tốn phương trình (4.8)
..........................................................................................................................................115
Hình 4. 14 Đồ thị so sánh chiều cao tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm...................115
Hình 4. 15 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ từ mơ phỏng FEA....................117
Hình 4. 16 Tỷ lệ S / N thay đổi ở các mức khác nhau.................................................... 118
Hình 4. 17 Biểu đồ mức độ ảnh hưởng các tham số đến chiều dày phân bố tp của.........118
Hình 4. 18 Chi tiết dạng cốc trụ khi dập sâu với bộ thơng số hợp lý.............................. 119
Hình 4. 19 Phân bố chiều dày của chi tiết dạng cốc trụ với bộ thông số hợp lý.............120
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Lĩnh vực sản xuất phụ tùng ơ tơ giữ vai trị quan trọng đối với sự phát triển công
nghiệp và thúc đẩy tích cực những ngành có liên quan như: kim loại, điện tử, cơ khí,
hóa chất, v.v. Điều này góp phần tạo động lực để Việt Nam xây dựng công nghiệp hóa
- hiện đại hóa và phát triển nền kinh tế.
Trong công nghệ sản xuất ô tô, các chi tiết khung và vỏ chiếm số lượng lớn, các
chi tiết này thường được chế tạo bằng phương pháp dập tấm [1-5] với nhiều loại vật
liệu khác nhau. Một số doanh nghiệp trong nước sản xuất các chi tiết phụ trợ cho
ngành công nghiệp ơ tơ ví dụ như chi tiết cốc lọc nhiên liệu dùng cho xe ô tô đã được
nhiều doanh nghiệp trong nước sản xuất với số lượng lớn, cốc lọc này được làm từ vật
liệu tấm SPCC (tiêu chuẩn JIS G3141). Trong quá trình chế tạo chi tiết cốc lọc thường
xảy ra các sai hỏng tại nguyên công dập vuốt, sản phẩm bị nhăn và rách [6-11] như
Hình 1. Ngồi ra trong dập vuốt, kích thước về chiều cao của sản phẩm không đồng
đều [12-13], sản phẩm không đạt được kích thước chính xác do độ đàn hồi ngược [1415], chiều dày của sản phẩm biến mỏng không đồng đều [16], bề mặt sản phẩm bị cào
xước [14].
1.
a) Chi tiết bị nhăn vành
b) Chi tiết bị rách
Hình 1. Hiện tượng phế phẩm xảy ra trong dập vuốt cốc lọc nhiên
liệu vật liệu SPCC (tiêu chuẩn JIS-G3141)
Để giảm thiểu những sai hỏng và tăng chất lượng sản phẩm dập, yêu cầu các nhà
nghiên cứu phải tìm ra những giải pháp cơng nghệ mới hỗ trợ cho q trình dập như:
tối ưu các thơng số cơng nghệ, hình học, vật lý cuả q trình dập bằng mơ phỏng số để
dự đốn khả năng tạo hình của sản phẩm trước khi chế tạo. Đồng thời trong mô phỏng
số, để dự báo các hiện tượng rách, nứt trên chi tiết dập thì đường cong giới hạn tạo
hình FLC [17-20] của vật liệu là dữ liệu đầu vào rất quan trọng.
Hiện nay khi dập vuốt các vật liệu có độ cứng cao, việc gia nhiệt để tăng khả
năng tạo hình của vật liệu cũng là một giải pháp để nâng cao chất nượng sản phẩm.
Gia cơng dập vuốt có hỗ trợ nhiệt là một phương pháp gia công tiên tiến được áp dụng
trong các nghiên cứu với những phương pháp gia nhiệt khác nhau sử dụng lị gia nhiệt
bằng điện hay khí đốt [21-22], gia nhiệt bằng lò hồng ngoại [14, 22-23], gia nhiệt
bằng phương
pháp cảm ứng điện từ [24], gia nhiệt bằng thanh nhiệt điện trở [24-30], gia nhiệt tiếp
xúc [14]. Bên cạnh đó, các nghiên cứu cơ nhiệt [31-36] được thực hiện để đánh giá
quá trình biến dạng dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ.
Có rất nhiều các nghiên cứu ở nước ngồi về phương pháp gia nhiệt trong gia
cơng tạo hình vật liệu tấm, đối với các phương pháp gia nhiệt khác nhau và các vật liệu
khác nhau. Đây là phương pháp gia công được ứng dụng hiệu quả trong nền sản xuất
hiện đại với sự phát triển của các loại vật liệu mới. Các nghiên cứu tập trung đi sâu vào
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ, hình học, vật lý, đường cong giới
hạn tạo hình (FLC) của vật liệu tấm, quá trình gia nhiệt tới tạo hình của vật liệu tấm
thơng qua mơ phỏng và thực nghiệm. Tuy nhiên việc nghiên cứu về ảnh hưởng của các
thông số này đối với vật liệu SPCC [37-38] đến các thơng số đầu ra như chiều cao tạo
hình khi chi tiết bắt đầu xuất hiện rách HR và chiều dày phân bố chi tiết cốc trụ tP trong
dập vuốt có hỗ trợ gia nhiệt cịn rất hạn chế. Đặc biệt là việc tối ưu hóa các tham số
cho các chỉ tiêu đánh giá khác nhau cần được nghiên cứu để xây dựng các bộ tham số
phù hợp phục vụ cho q trình thiết kế, chế tạo bộ khn. Từ đó ứng dụng vào gia
cơng dập vuốt chi tiết dạng cốc vật liệu SPCC. Đây là nhiệm vụ quan trọng, để nâng
cao chất lượng, giảm sai hỏng trong gia công dập vuốt. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của các thông số công nghệ và nhiệt độ đến biến dạng tạo hình khi dập
vuốt chi tiết dạng cốc từ vật liệu SPCC” là hết sức cần thiết đối với sự phát triển của
ngành cơng nghiệp cơ khí nói chung và cơng nghiệp gia cơng tấm nói riêng.
2.
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.
Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng đường cong giới hạn tạo hình (FLC) của vật liệu tấm SPCC tại nhiệt
độ phòng và nhiệt độ khác nhau;
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm tích hợp hệ thống gia nhiệt cho bộ khuôn dập
vuốt.
- Khảo sát ảnh hưởng của các tham số cơng nghệ, hình học (mức độ dập vuốt, lực
chặn phơi, bán kính cong của chày) và nhiệt độ đến chiều cao tạo hình khi chi tiết
bắt đầu xuất hiện rách HR và chiều dày phân bố tP trong dập vuốt chi tiết dạng cốc
trụ vật liệu SPCC bằng mô phỏng số và thực nghiệm;
-
Nghiên cứu mối quan hệ của các thông số đầu vào (mức độ dập vuốt, lực chặn
phơi, bán kính cong của chày và nhiệt độ) và các chỉ tiêu đầu ra (chiều cao tạo hình
khi chi tiết bắt đầu xuất hiện rách HR và chiều dày phân bố tP) trong dập vuốt chi tiết
dạng cốc trụ vật liệu tấm SPCC.
2.2.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu:
1
Chi tiết dạng cốc trụ, vật liệu SPCC (tiêu chuẩn JIS-G3141) có kích thước như
Hình 2. Chi tiết được dập vuốt tại nhiệt độ phòng và nhiệt độ khác nhau trên máy ép
thuỷ lực.
Hình 2. Kích thước chi tiết dạng cốc
+ Phạm vi nghiên cứu:
trụ Thông số đầu vào trong dập
vuốt
Lực chặn phơi
Bán kính cong của chày
Mức độ dập vuốt
Nhiệt độ phôi dập
FBH (kN)
Rp (mm)
Mt
T (0C)
Thông số đầu ra trong dập vuốt
Chiều cao tạo hình khi chi tiết
bắt đầu xuất hiện rách
Chiều dày phân bố của chi tiết
dạng cốc trụ
HR (mm)
tP (mm)
3. Phương pháp nghiên cứu.
Thực hiện phương pháp lý thuyết kết hợp với mô phỏng, thực nghiệm, so sánh
đánh giá giữa mô phỏng và thực nghiệm.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
+ Ý nghĩa khoa học
- Khắc phục được những sai hỏng (rách, nhăn, biến mỏng) xảy ra khi dập vuốt chi
tiết chi tiết cốc trụ vật liệu SPCC bằng giải pháp gia cơng có hỗ trợ nhiệt độ;
- Xây dựng đường cong giới hạn tạo hình (FLC) của vật liệu SPCC tại các nhiệt độ
khác nhau, đáp ứng độ chính xác cao trong mơ phỏng số;
- Xây dựng mơ hình tốn học để xác định nhiệt độ phôi dập bằng thực nghiệm;
- Phân tích được ảnh hưởng của lực chặn phơi, bán kính cong của chày, mức độ dập
vuốt, nhiệt độ phơi đến chiều cao tạo hình HR và chiều dày phân bố tP của chi tiết
dạng cốc;
- Xây dựng các mơ hình tốn học thể hiện ảnh hưởng của các thơng số đầu vào gồm
có lực chặn phơi, bán kính chày, mức độ dập vuốt, nhiệt độ phôi đến chỉ tiêu đánh
giá đầu ra là chiều cao tạo hình HR của chi tiết dạng cốc.
+ Ý nghĩa thực tiễn
- Có thể dùng làm tài liệu tham khảo khi tính tốn, thiết kế cơng nghệ dập vuốt có
sử dụng gia nhiệt.
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo về cách thức mô tả quá trình
dập chi tiết dạng cốc khi sử dụng mơ hình mơ phỏng theo phương pháp phần tử hữu
hạn.
5. Những đóng góp mới của đề tài
- Đã phân tích và làm rõ hiệu quả của quá trình gia nhiệt đến chiều cao tạo hình
khi dập vuốt nói chung và xây dựng được mơ hình hệ thống thực nghiệm dập
vuốt chi tiết cốc trụ;
- Đã xây dựng được mơ hình tốn học của nhiệt độ phơi dập theo thời gian, để
xác định các mức nhiệt độ tương ứng với các thời điểm nhất định trong thực
nghiệm quá trình dập vuốt chi tiết dạng cốc trụ;
- Đã xây dựng được đường cong giới hạn tạo hình FLC của vật liệu SPCC tại
nhiệt độ phòng dựa trên tiêu chuẩn trở lực tối đa được sửa đổi MMFC; qua đó
đề xuất được phương pháp dự đốn đường cong giới hạn tạo hình tại nhiệt độ
cao;
- Đã phân tích được ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ, nhiệt độ đến chiều
cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt. Đồng
thời, các bộ tham số công nghệ tối ưu được xây dựng cho các chỉ tiêu đánh giá
đầu ra khác nhau;
- Đã xây dựng được mô hình tốn học miêu tả ảnh hưởng của các thơng số cơng
nghệ đến chiều cao tạo hình của chi tiết cốc trụ vật liệu SPCC khi dập vuốt
thông thường và khi dập vuốt có hỗ trợ bởi nhiệt độ dựa trên phương pháp mô
phỏng số và được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
6. Cấu trúc của nội dung luận án
Các nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong 4 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ dập vuốt có gia nhiệt
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về phá hủy vật liệu và xây dựng đường cong giới hạn tạo
hình của vật liệu SPCC tại các nhiệt độ khác nhau
Chương 3. Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số đến
chiều cao tạo hình và chiều dày phân bố của chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt
Chương 4. Xây dựng mô hình tốn thể hiện ảnh hưởng của một số thơng số đến chiều
cao tạo hình và chiều dày phân bố chi tiết dạng cốc trụ khi dập vuốt
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ DẬP VUỐT CĨ GIA NHIỆT
1.1 Công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí
Ngày nay, các phương pháp gia cơng kim loại dựa trên sự biến dạng của vật liệu
chiếm một vị trí quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí.
Chủng loại sản phẩm hết sức phong phú, đa dạng và được ứng dụng trong hầu hết các
lĩnh vực của nền kinh tế và đời sống xã hội như xây dựng, giao thông vận tải, kỹ
thuật điện và điện tử, hố chất, hàng kim khí gia dụng, quân sự, v.v... Bên cạnh những
phương pháp mang tính truyền thống chuyên sản xuất bán thành phẩm và tạo phôi
như cán, rèn, ép, đã xuất hiện những phương pháp gia công cho phép chế tạo ra sản
phẩm là những chi tiết hồn chỉnh khơng cần phải gia cơng tiếp theo, đặc biệt là
những sản phẩm dập tấm. Công nghệ tạo hình kim loại tấm (dập tấm) là một sản
phẩm của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại
tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn. Dập tấm được
ứng dụng rộng rãi như vậy là do
nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình cơng nghệ khác như: có thể cơ khí
hố và tự động hoá cao, năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật
liệu, đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên,
v.v...
Cơng nghệ dập tấm có những ưu điểm nổi bật như sau:
- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết
bị và khn;
- Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại
khác không thể làm được hoặc thực hiện rất khó khăn;
- Chi tiết sau khi dập tấm có độ cứng vững cao, bền, nhẹ, mức độ hao phí kim loại
không lớn;
- Tiết kiệm được nguyên liệu, thuận lợi cho q trình cơ khí hố và tự động hố do
đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm;
- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao;
- Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà cịn gia cơng những vật
liệu phi kim như: Tectolit (chất dẻo lớp), hêtinac (nhựa cách điện) và các loại chất dẻo.
Dập tấm thường được thực hiện với phơi ở trạng thái nguội (nên cịn được gọi
là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường t < 4 mm) hoặc có thể dập phơi ở
trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn.
Tuỳ theo đặc điểm biến dạng, đặc điểm công nghệ, phương pháp tiến hành,
v.v… dập tấm được phân loại như sơ đồ (Hình 1.1)
