Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu
trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, tháng 9 năm 2013


Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh




PGS.TS. Phạm Văn Nghệ Lê Trung Kiên

ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Trọng Giảng - Hiệu trưởng Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội và Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép
tôi có thể thực hiện Luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí và Bộ môn gia công áp lực đã
luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình tôi làm Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phạm Văn Nghệ và PGS.TS. Nguyễn Đắc Trung
đã tận tình hướng dẫn tôi về chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành Luận án.
Tôi xin cảm ơn Phòng Đo lường, Viện Tên Lửa đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho phép
sử dụng các cảm biến đo các thông số công nghệ phục vụ thu thập và xử lý tín hiệu trong
thực nghiệm.
Tôi xin cảm ơn Công ty TNHH FC Hòa lạc đã tạo điều kiện giúp đỡ đo các thông số
hình học của sản phẩm sau khi thực nghiệm.
Tôi xin cảm ơn Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp IMI – Bộ Công Thương đã giúp
đỡ cho phép tôi sử dụng nguồn chất lỏng cao áp phục vụ thí nghiệm.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy phản biện, các Thầy trong hội đồng
chấm luận án đã bớt chút thời gian đọc và góp những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn
chỉnh Luận án và định hướng nghiên cứu trong trương lai.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp
những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và
thực hiện công trình này.
Nghiên cứu sinh



Lê Trung Kiên

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii
MỞ ĐẦU 1
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2
ii. Phương pháp nghiên cứu 2
iii. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3
iv. Các đóng góp mới của luận án 3
v. Các nội dung chính trong luận án 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 4
1.1. Những nét cơ bản tạo hình kim loại bằng công nghệ dập thủy tĩnh 4
1.1.1. Ưu điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 6
1.1.2. Nhược điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 8
1.2. Các phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 8
1.2.1. Dập thủy cơ 8
1.2.2. Dập thủy tĩnh phôi ống 9
1.2.3. Dập thủy tĩnh phôi tấm: 12
1.3. Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm. 17
1.3.1. Trên thế giới 17
1.3.2 Trong nước: 27
Kết luận chương 1: 28

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH 30
2.1 Trạng thái ứng suất,biến dạng trong dập thủy tĩnh 30
2.2 Áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình, lực dập, lực chặn trong dập thủy tĩnh 32
2.2.1 Áp suất chất lỏng cần thiết P
0

32
2.2.2 Lực dập 34
2.2.3 Lực chặn 34
2.2.4 Miền làm việc của thông số công nghệ chính khi dập thủy tĩnh chi tiết tấm . 35
Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 36
3.1 Vật liệu và mô hình vật liệu sử dụng dập thủy tĩnh 36
3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 36
3.1.2 Xác định cơ tính của vật liệu thí nghiệm 36
3.2 Mô phỏng số và phần mềm mô phỏng số trong gia công áp lực 37
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới quá trình DTT bằng mô phỏng số 39
3.3.1 Thiết lập bài toán mô phỏng 39
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ 44
3.3.2.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến áp suất chất lỏng tạo hình lòng cối P
0
44
3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều cao tương đối X
1
đến áp suất chất lỏng
cần thiết tạo hình trong lòng cối 50
3.4 Mối quan hệ của độ biến mỏng  với áp suất tạo hình P
0
, lực chặn Q 54
Kết luận chương 3 55

iv
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 56
4.1 Yêu cầu và các thành phần của hệ thống thiết bị thực nghiệm 56
4.2 Tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh 57

4.2.1 Hệ thống cấp chất lỏng cao áp 58
4.2.2 Khuôn thí nghiệm 59
4.2.3 Hệ thống thu thập và xử lý tín hiệu 61
4.2.4 Hệ thống đối áp cho khuôn thí nghiệm 64
4.2.5 Máy ép thủy lực 66
4.2.6 Một vài hình ảnh gia công lắp ráp hệ thống thí nghiệm 67
4.2.7 Kết quả thử nghiệm và đánh giá độ tin cậy của hệ thống 69
Kết luận chương 4 71

CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 72
5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết
chỏm cầu trong trường hợp không có đối áp 72
5.1.1 Ảnh hưởng của lực chặn 73
5.1.2 Quan hệ của chiều cao tương đối với áp suất cần thiết trong lòng cối 75
5.1.3 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P
0
phụ thuộc
lực chặn Q, chiều cao tương đối X
1
trong trường hợp không đối áp 79
5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết
chỏm cầu trong trường hợp có đối áp 84
5.2.1 Ảnh hưởng của đối áp 84
5.2.2 Ảnh hưởng của lực chặn trong trường hợp có đối áp 86
5.2.3 Quan hệ chiều cao tương đối sản phẩm và áp suất trong lòng cối trong trường
hợp có đối áp 89
5.2.4 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P
0
phụ thuộc
lực chặn Q, chiều cao tương đối X

1
trong trường hợp có đối áp 91
5.3 Khảo sát độ biến mỏng chiều dày sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh 95
5.3.1 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi không đối áp 96
5.3.2 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi có đối áp 99
Kết luận chương 5 103

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 104
Kết luận chung 104
Những vấn đề cần được nghiên cứu tiếp 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 112
PHỤ LỤC 113



v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu
Diễn giải
Đơn vị
D

Đường kính miệng chi tiết dập
mm
D
0
Đường kính phôi
mm
H

Chiều cao sản phẩm
mm
H
i

Chiều cao tức thời của sản phẩm
mm
X
1
=
i
H
D
Chiều cao tương đối

X
2
=
i
S
D
Chiều dày tương đối

k
Mức độ dập vuốt

m
Hệ số dập vuốt

N

Lực đối áp
kN
P
0
Áp suất chất lỏng trong lòng cối
bar
P
1
Áp suất trong xi lanh chặn
bar
P
2
Áp suất trong xilanh đối áp
bar
Q
Lực chặn
kN
R
c
Bán kính cối
mm
r
c
Bán kính góc lượn cối
mm
R
0
Thông số dị hướng Lankford theo phương cán

R

45
Thông số dị hướng Lankford theo phương 45
0
so với phương cán

R
90
Thông số dị hướng Lankford theo phương vuông góc phương cán

R

Thông số dị hướng Lankford trung bình

S
0
Chiều dày phôi
mm
S
i
Chiều dày phôi bị biến mỏng
mm

Độ biến mỏng
%

z
Mức độ biến dạng tương đối hướng trục




Mức độ biến dạng tương đối hướng tiếp




Mức độ biến dạng tương đối hướng kính


0
Mức độ biến dạng tương đối thời điểm vật liệu chuyển từ trạng
thái đàn hồi sang trạng thái dẻo


p
Mức độ biến dạng dẻo logarit


Độ nhớt động lực
P (N.s/m
2
)
μ
Hệ số ma sát



Ứng suất tương đương
MPa
σ

b
Ứng suất bền
MPa
σ
f

Ứng suất chảy
MPa
σ


Ứng suất theo phương dập
MPa
σ
z

Ứng suất hướng trục
MPa
σ
θ

Ứng suất hướng tiếp
MPa
σ
ρ

Ứng suất hướng kính
MPa
FLC
Forming Limit Curve – Đường cong biến dạng tới hạn

FLD
Forming Limit Diagram - Giản đồ biến dạng tới hạn

PTHH
Phần tử hữu hạn

Л70
Đồng Latông A70 (tiêu chuẩn ΓOCT)

CDA260
Đồng Latông A70 (TCVN 1659-75)

DTT
Dập thủy tĩnh

CLCA
Chất lỏng cao áp


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


Trang
Bảng 1.1
Thông số mô hình vật liệu
25
Bảng 3.1
Thành phần hóa học đồng CDA260

36
Bảng 3.2
Tính chất vật liệu đồng CDA260
36
Bảng 3.3
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X
1
= 0.5
44
Bảng 3.4
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X
1
= 0.1
46
Bảng 3.5
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X
1
= 0.2
47
Bảng 3.6
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X
1
= 0.3
48
Bảng 3.7
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X
1
= 0.4
49
Bảng 3.8

Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 49 kN
50
Bảng 3.9
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 53 kN
50
Bảng 3.10
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 57 kN
51
Bảng 3.11
Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 61 kN
51
Bảng 3.12
Giá trị áp suất tạo hình cần thiết phụ thuộc vào chiều cao tương đối X
1

52
Bảng 3.13
Trạng thái ứng suất và biến dạng của sản phẩm qua các trường hợp
mức độ biến dạng khác nhau
53
Bảng 3.14
Độ biến mỏng chi tiết phụ thuộc vào lực chặn Q
54
Bảng 3.15
Bảng tổng hợp độ biến mỏng, biến dầy lớn nhất khi mô phỏng chi tiết
cầu D50
55
Bảng 4.1
Thông số của hệ thống tăng áp
58

Bảng 4.2
Thông số kỹ thuật xi lanh khí nén đường kính 50 mm
66
Bảng 4.3
Thông số kỹ thuật máy ép thủy lực 125 tấn
67
Bảng 4.4
Bảng giá trị thử nghiệm mối quan hệ chiều cao tương đối – áp suất xi
lanh chặn – Áp suất lòng cối
70
Bảng 5.1
Thành phần hóa học và cơ tính đồng CDA260
72
Bảng 5.2
Giá trị lực chặn ứng với các sản phẩm đạt chất lượng
75
Bảng 5.3
Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối
78
Bảng 5.4
Giá trị lực đối áp với các sản phẩm đạt chiều cao tương đối X
1
86
Bảng 5.5
Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng trường hợp đối áp
N = 0.4 kN
89
Bảng 5.6
Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối
trường hợp đối áp N = 0.4 kN

89
Bảng 5.7
Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn
Q trong trường hợp không có đối áp
97
Bảng 5.8
Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn
Q trong trường hợp có đối áp
100


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1
Phân loại các dạng tạo hình bằng chất lỏng cao áp
4
Hình 1.2
Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp
5
Hình 1.3
Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết tấm
5
Hình 1.4
Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết ống
6
Hình 1.5
Sơ đồ thiết bị dập thủy cơ chi tiết tấm
6
Hình 1.6

Ưu điểm của phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp
6
Hình 1.7
So sánh ứng suất giữa dập vuốt truyền thống và dập chất lỏng cao áp
7
Hình 1.8
Ống tạo hình bằng chất lỏng cao áp được áp dụng trên khung ô tô
7
Hình 1.9
Sơ đồ các bước dập thủy cơ
8
Hình 1.10
Các chi tiết khung ô tô
9
Hình 1.11
Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống
10
Hình 1.12
Phôi được cắt và uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm
10
Hình 1.13
Phôi đặt vào lòng khuôn
10
Hình 1.14
Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm
11
Hình 1.15
Sơ đồ công nghệ và dạng sản phẩm ống nối, ống dẫn
11
Hình 1.16

Dạng trục bậc, trục cam
11
Hình 1.17
Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy
12
Hình 1.18
Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm
12
Hình 1.19
Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm
13
Hình 1.20
Mức độ dập vuốt tăng lên khi dập thủy tĩnh
13
Hình 1.21
Dập tấm chỏm cầu
13
Hình 1.22
Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm
14
Hình 1.23
So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống
14
Hình 1.24
Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn và cặp phôi tấm
15
Hình 1.25
Nguyên lý dập thủy tĩnh phôi tấm đơn kết hợp dập vuốt truyền thống
15
Hình 1.26

Nguyên lý dập thủy tĩnh cặp phôi tấm kết hợp dập vuốt truyền thống
15
Hình 1.27
Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe)
16
Hình 1.28
Các chi tiết có dạng không gian rỗng trong xe ô tô
16
Hình 1.29
Sản phẩm lệch vành khi dập thủy tĩnh do sự chảy không ổn định
16
Hình 1.30
Hình ảnh thí nghiệm bị biến mỏng
17
Hình 1.31
Tỉ lệ công bố khoa học theo khu vực và theo năm công bố
18
Hình 1.32
Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm
19
Hình 1.33
Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm đơn
19
Hình 1.34
Các kết cấu của đối áp khi dập phôi tấm đơn
19
Hình 1.35
Kết cấu cối có phần di chuyển
20
Hình 1.36

So sánh biến mỏng khi thực nghiệm có cối di chuyển và không cối di chuyển
20
Hình 1.37
Chu kỳ tác động áp suất dạng sóng va đập
20
Hình 1.38
Sơ đồ kết nối các phần tử đo và thu thập dữ liệu đo
21
Hình 1.39
Các thông số ảnh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo hình
21
Hình 1.40
Sơ đồ thí nghiệm sự chảy của vật liệu phụ thuộc vào các thông số công nghệ
22
Hình 1.41
Các dạng hỏng và ảnh hưởng chiều sâu dập vuốt của vật liệu FeP04
22
Hình 1.42
Miền làm việc của lực chặn tương đương với áp suất cần thiết tạo hình
22
Hình 1.43
Đồ thị tra lực chặn cần thiết khi biết áp suất chất lỏng lớn nhất trong lòng cối
23
Hình 1.44
Đường cong chảy của vật liệu
23
Hình 1.45
Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình trụ chiều cao 25 và 30 mm
23
Hình 1.46

Đường cong biến dạng khi dập chi tiết hình hộp tại các điểm trên chi tiết
24
Hình 1.47
Quan hệ biến mỏng và ma sát giữa phôi và vành chặn khi thực nghiệm thép
không gỉ
24

viii
Hình 1.48
Đánh giá hệ số ma sát tối ưu chi tiết đường kính 90mm dày 0.5 mm vật liệu
AISI 304
25
Hình 1.49
Đường quan hệ lực – biến dạng khi kéo thử mẫu
26
Hình 1.50
Ứng suất và giới hạn rách sản phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm
26
Hình 1.51
Đường cong giới hạn tạo hình FLD
26
Hình 1.52
Giá trị biến dạng tới hạn với chi tiết hình trụ và hình hộp dùng vẽ đường
cong tới hạn
26
Hình 1.53
Kết cấu bề mặt cối khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối
27
Hình 1.54
Khảo sát mức độ kéo phôi vào trong cối

27
Hình 2.1
Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thông thường
30
Hình 2.2
Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy cơ
30
Hình 2.3
Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng dập vuốt thủy tĩnh
31
Hình 2.4
Phần phôi ép vào thành (chiều cao h) khi đi qua bán kính góc lượn cối
31
Hình 2.5
Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng vùng tự do trong cối thủy tĩnh khi có
đối áp bằng chất lỏng
32
Hình 2.6
Sơ đồ lực tác dụng lên phôi phẳng khi DTT phần vành phôi
32
Hình 2.7
Sơ đồ tính toán dập chi tiết có độ cong kép
33
Hình 2.8
Sơ đồ xác định độ biến dạng tiếp tuyến trung bình và thông số vùng lõm
chỏm cầu
34
Hình 2.9
Miền làm việc và quan hệ các thông số tạo hình khi DTT
35

Hình 3.1
Thông số mẫu thí nghiệm kéo JIS-5
36
Hình 3.2
Mẫu thí nghiệm kéo theo 3 hướng
37
Hình 3.3
Thí nghiệm kéo mẫu trên máy kéo nén MTS-809 Axial / Torsinal Test
System,hệ thống đo lực / biến dạng
37
Hình 3.4
Đồ thị quan hệ ứng suất- biến dạng của vật liệu khi kéo theo các hướng
0
o
,45
o
,và 90
o
so với hướng cán
37
Hình 3.5
Mô hình hình học
40
Hình 3.6
Bản vẽ chi tiết chỏm cầu
40
Hình 3.7
Mô hình chia lưới mô phỏng dập thủy tĩnh chỏm cầu
40
Hình 3.8

Lựa chọn bài toán dập thủy tĩnh
41
Hình 3.9
Hộp thoại định nghĩa phôi cho quá trình tạo hình
42
Hình 3.10
Định nghĩa các thông số chính và đường cong chảy cho vật liệu
42
Hình 3.11
Định nghĩa đường cong giới hạn
42
Hình 3.12
Định nghĩa các chi tiết chính của bài toán DTT
43
Hình 3.13
Định nghĩa điều kiện tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công
43
Hình 3.14
Định nghĩa vị trí dụng cụ tạo hình ( chày,cối và chặn)
43
Hình 3.15
Mô hình chạy Animator
44
Hình 3.16
Sản phẩm nhăn do không đủ lực chặn
45
Hình 3.17
Sản phẩm rách do lực chặn quá lớn
45
Hình 3.18

Sản phẩm đạt yêu cầu
45
Hình 3.19
Độ kéo phôi vào so với phôi ban đầu
45
Hình 3.20
Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình và lực chặn khi X
1
= 0.5
46
Hình 3.21
Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X
1
= 0.1
46
Hình 3.22
Sản phẩm với chiều cao H
i
= 5 mm
47
Hình 3.23
Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X
1
= 0.2
47
Hình 3.24
Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao H
i
= 10 mm
47

Hình 3.25
Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X
1
= 0.3
48
Hình 3.26
Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao H
i
= 15 mm
48
Hình 3.27
Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X
1
= 0.4
49
Hình 3.28
Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao H
i
= 20 mm
49

ix
Hình 3.29
Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn
Q

= 49 kN
50
Hình 3.30
Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn

Q

= 53 kN
50
Hình 3.31
Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn
Q

= 57 kN
51
Hình 3.32
Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình với chiều cao tương đối khi lực chặn
Q= 61 kN
51
Hình 3.33
So sánh giữa chiều cao tương đối thấp và chiều cao tương đối cao hơn
52
Hình 3.34
Sơ đồ điểm đo biến mỏng trên khi mô phỏng chi tiết chỏm cầu
54
Hình 4.1
Thành phần của hệ thống DTT phôi tấm
56
Hình 4.2
Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm DTT
57
Hình 4.3
Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm
57
Hình 4.4

Thành phần hệ thống thực nghiệm
58
Hình 4.5
Bộ khuôn DTT
59
Hình 4.6
Kết cấu bộ khuôn DTT
60
Hình 4.7
Bản vẽ và chi tiết cối thủy tĩnh tương ứng bán kính góc lượn cối 1, 2, 3 mm
60
Hình 4.8
Sơ đồ hệ thống đo áp suất - hành trình
61
Hình 4.9
Cấu trúc cảm biến đo áp suất
61
Hình 4.10
Sơ đồ khối của cảm biến điện trở tiếp xúc
62
Hình 4.11
Sơ đồ mạch gia công tín hiệu đo áp suất
62
Hình 4.12
Sơ đồ ghép nối card thu thập số liệu với hệ thống
62
Hình 4.13
Hệ thống đo áp suất – hành trình
62
Hình 4.14

Hệ thống đo hành trình lắp ráp trên khuôn thí nghiệm
63
Hình 4.15
Chương trình đo và lưu các thông số áp suất - hành trình
63
Hình 4.16
Chương trình đọc kết quả thông số áp suất - hành trình
64
Hình 4.17
Ma sát cản trở kéo phôi vào cối dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh
64
Hình 4.18
Sơ đồ nguyên lý phát triển quá trình dập vuốt phôi phẳng có sự chuyển dịch
mặt bích, bằng chày chất lỏng và chất khí trong cối cứng
65
Hình 4.19
Hệ thống khuôn và đối áp sử dụng khí nén
65
Hình 4.20
Hình ảnh và thông số xi lanh đối áp
65
Hình 4.21
Hình ảnh lắp ráp hệ thống đối áp
66
Hình 4.22
Máy ép thuỷ lực 125 tấn
66
Hình 4.23
Hệ thống điều khiển áp suất lắp vào máy ép thuỷ lực 125 tấn
67

Hình 4.24
Lắp nửa khuôn dưới và nửa khuôn trên
67
Hình 4.25
Lắp hệ thống đối áp và đo hành trình
68
Hình 4.26
Hệ thống khuôn dập thủy tĩnh vật liệu tấm sau khi lắp hoàn chỉnh
68
Hình 4.27
Phôi tấm sau khi được cắt hình
69
Hình 4.28
Quá trình thí nghiệm với phôi đồng CDA260 và sản phẩm dập thử
69
Hình 4.29
Sản phẩm dập thử với chiều cao và áp suất xi lanh chặn khác nhau
70
Hình 4.30
Các sản phẩm dập thử chưa đạt yêu cầu
71
Hình 4.31
Sản phẩm đạt yêu cầu
71
Hình 5.1
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45 kN
73
Hình 5.2
Sản phẩm dập bị lệch
73

Hình 5.3
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu D01)
74
Hình 5.4
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 65 kN
74
Hình 5.5
Sản phẩm chiều cao H
i
= 5 mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu A001)
76
Hình 5.6
Sản phẩm chiều cao H
i
= 10mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu A01)
76
Hình 5.7
Sản phẩm chiều cao H
i
= 15mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu B01)
77
Hình 5.8
Sản phẩm chiều cao H
i
= 20 mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu C01)
77

x
Hình 5.9
Sản phẩm chiều cao H

i
= 25 mm, lực chặn Q = 49 kN (đồ thị mẫu D01)
78
Hình 5.10
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 49 kN
79
Hình 5.11
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 53 kN
79
Hình 5.12
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 57 kN
80
Hình 5.13
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 61 kN
80
Hình 5.14
Đồ thị so sánh quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
các trường hợp lực
chặn Q = 49 ÷ 61 kN khi thực nghiệm và mô phỏng số
80
Hình 5.15

Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.1
81
Hình 5.16
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.2
81
Hình 5.17
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.3
81
Hình 5.18
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.4
81
Hình 5.19
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.5
81
Hình 5.20
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q theo X
1
= 0.1 ÷ 0.5
(so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng)
82

Hình 5.21
Đồ thị áp lực lòng cối theo chiều cao tương đối X
1
và áp suất chặn khi không
có đối áp
83
Hình 5.22
Sản phẩm dập lực chặn Q = 65 kN, lực đối áp N = 0.1 kN
84
Hình 5.23
Sản phẩm thực nghiệm với N = 0.3 kN ÷ 0.7 kN (Q

= 65 kN)
85
Hình 5.24
Sản phẩm với lực đối áp N = 0.9; 1 kN
85
Hình 5.25
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45kN, lực đối áp N = 0.4 kN
86
Hình 5.26
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49kN, lực đối áp N = 0.4 kN
87
Hình 5.27
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 84 kN, lực đối áp N = 0.4 kN (đồ thị ứng với
chi tiết E91)
88
Hình 5.28
Sản phẩm dập với lực chặn Q = 87 kN, lực đối áp N = 0.4 kN
88

Hình 5.29
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 49 kN
91
Hình 5.30
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 53 kN
91
Hình 5.31
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 57 kN
91
Hình 5.32
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 61 kN
91
Hình 5.33
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 65 kN
92
Hình 5.34
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 68 kN
92

Hình 5.35
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 72 kN
92
Hình 5.36
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 76 kN
92
Hình 5.37
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và X
1
khi Q = 80 kN
92
Hình 5.38
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.1
93
Hình 5.39
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.2
93
Hình 5.40
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.3
93

Hình 5.41
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.4
94
Hình 5.42
Đồ thị quan hệ áp suất chất lỏng lòng cối và lực chặn Q khi X
1
= 0.5
94
Hình 5.43
Đồ thị áp lực lòng cối theo X
1
và lực chặn khi có đối áp N = 0.4 kN
95
Hình 5.44
Sơ đồ điểm đo biến mỏng chi tiết chỏm cầu dập bằng công nghệ DTT
96
Hình 5.45
Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm
dập với lực chặn Q = 49 kN, đối áp N = 0 kN
96
Hình 5.46
Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm
dập với lực chặn Q = 61 kN, đối áp N = 0 kN
97
Hình 5.47
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 1 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN
98

Hình 5.48
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 2 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN
98
Hình 5.49
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 3 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49 kN 61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN
98

xi
Hình 5.50
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 4 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN
98
Hình 5.51
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 5 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49 kN  61 kN trong trường hợp không đối áp N = 0 kN
99
Hình 5.52
Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm
dập với lực chặn Q = 49 kN, đối áp N = 0.4 kN
99
Hình 5.53
Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm
dập với lực chặn Q = 80 kN, đối áp N = 0.4 kN
100
Hình 5.54
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 1 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49  80 kN, N = 0.4 kN (P2 = 2 bar)
101

Hình 5.55
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 2 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49  80 kN, N = 0.4 kN (P
2
= 2 bar)
102
Hình 5.56
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 3 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49  80 kN, N = 0.4 kN (P
2
= 2 bar)
102
Hình 5.57
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 4 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49  80 kN, N = 0.4 kN (P
2
= 2 bar)
102
Hình 5.58
Đồ thị quan hệ độ biến mỏng tại điểm 5 trên chi tiết tương ứng với lực chặn
Q = 49  80 kN, N = 0.4 kN (P
2
= 2 bar)
103



1
MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong tiến trình phát triển và ngày càng hội nhập sâu rộng vào kinh tế

thế giới, nhiều ngành công nghiệp đang được đầu tư lớn, trong đó có ngành cơ khí chế tạo,
ngành than, điện lực, xi măng, sản xuất nguyên liệu giấy, công nghiệp ôtô xe máy…. Ngành
cơ khí chế tạo là một ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát
triển kinh tế - xã hội. Để thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí, từ năm 2002, Chính phủ
đã ban hành Quyết định 186/2002/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí
Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020, nhằm tập trung phát triển ngành cơ khí hiệu
quả, bền vững trên cơ sở phát huy các nguồn lực trong nước, kết hợp với nguồn lực nước
ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia, phấn đấu đến năm 2020, ngành cơ
khí đáp ứng 45-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí trong nước và xuất khẩu 30-35%.
Để đáp ứng được mục tiêu trên, trong ngành công nghiệp ôtô xe máy, việc nâng cao
tỷ lệ nội địa hóa đang được đặt lên hàng đầu. Các chi tiết kim loại được sản xuất bằng công
nghệ dập tạo hình với hình dáng phức tạp, sản xuất từ vật liệu khó gia công, yêu cầu kỹ thuật
khắt khe hiện nay chúng ta vẫn đang phải nhập công nghệ và thiết bị từ nước ngoài. Để làm
chủ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, việc nghiên cứu
ứng dụng công nghệ tiên tiến để chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ có hình dạng phức tạp là hết
sức cần thiết.
Ngoài công nghệ tạo hình truyền thống sử dụng chày cứng – cối cứng, công nghệ gia
công áp lực hiện nay sử dụng các công nghệ mới nhằm giảm số lượng các nguyên công,
nâng cao chất lượng sản phẩm, tránh được các khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn. Một trong
những phương pháp gia công áp lực tiên tiến hiện nay là sử dụng chất lỏng cao áp để tạo
hình. Dập bằng chất lỏng áp lực cao có 2 phương pháp chính đó là : Công nghệ dập thủy tĩnh
và dập thủy cơ.
Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) được nghiên cứu và ứng dụng sản xuất các chi tiết
dạng tấm và ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cáo áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của
phôi gây biến dạng vật liệu. Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong
trường hợp dập phôi tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống.
Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình tạo hình, thông số công nghệ khi
dập chi tiết dạng tấm có hình dạng phức tạp được khảo sát. Luận án chủ yếu tập trung
nghiên cứu quá trình hình thành chi tiết, các thông số ảnh hưởng tới mức độ biến dạng và
khả năng biến dạng, sự biến mỏng. Do đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn

(FEM) để mô phỏng quá trình hình thành của chi tiết và dự đoán khả năng phá hủy được
thảo luận. Cuối cùng, quá trình hình thành và các giá trị thông số công nghệ tối ưu dựa trên
mô phỏng số được thực hiện bằng thực nghiệm trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
Kết quả thu được cuối cùng đã được thực hiện khi tạo hình chi tiết có hình dạng
chỏm cầu đường kính 50mm vật liệu đồng CDA260. Những ảnh hưởng của các thông số
quá trình trong tạo hình chi tiết được điều tra. Với mục đích này, một mô hình thực nghiệm
đầu tiên được nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ và trạng thái
ứng suất - biến dạng. Dựa trên những kết luận thu được từ kết quả phân tích, luận án này sẽ
đề cập nghiên cứu xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của bộ thông số công nghệ hợp
lý, phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực,
Viện Cơ khí, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, khả năng ứng dụng cao nhất vào sản xuất

2
thực tế trong điều kiện của Việt Nam, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu làm việc của
chi tiết có hình dạng phức tạp, là rất cấp thiết và có ý nghĩa khoa học.
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
*) Mục đích của đề tài
Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) là một trong các phương pháp gia công áp lực tiên
tiến sử dụng chất lỏng cao áp tác dụng trực tiếp vào phôi để tạo hình các chi tiết dạng tấm
và ống. Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong trường hợp dập phôi
tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống.
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp
dập thủy tĩnh” được nghiên cứu trong khuôn khổ dập tạo hình thủy tĩnh chi tiết tấm đơn
với mục đích làm chủ công nghệ tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT để chế tạo các chi
tiết dạng tấm có dạng chỏm cầu trong công nghiệp sản xuất phụ tùng Ô tô, xe máy phù hợp
với điều kiện thiết bị hiện có ở Việt Nam, gồm:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết
tấm. Xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của thông số công nghệ chính: lực chặn,
chiều cao tương đối của sản phẩm.
- Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến độ chính xác hình học

của sản phẩm đáp ứng yêu cầu chế tạo các chi tiết trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy.
*) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: sản phẩm dạng cầu đường kính 50mm, vật liệu đồng
CDA260 chế tạo bằng công nghệ dập thủy tĩnh nhằm xác định bộ thông số công nghệ hợp
lý.
- Phạm vi nghiên cứu: ảnh hưởng và hàm quan hệ của 3 thông số công nghệ cơ bản
bao gồm lực chặn, áp suất chất lỏng chất lỏng cần thiết, chiều cao tương đối sản phẩm
(H
i
/D)trong hai trường hợp có đối áp N = 0.4kN và không đối áp N = 0 kN.
Các nội dung nghiên cứu của Luận án được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn
Gia công áp lực - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
ii. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm
- Thứ nhất từ lý thuyết – tìm hiểu các công trình đã công bố liên quan đến đề tài ở
trong và ngoài nước, xác định những gì đã công bố, điểm mới đặt ra cho luận án giải quyết.
- Cách tiếp cận thứ hai là từ thực tiễn – tìm hiểu cơ sở vật chất, trang thiết bị sẵn có
và của các đơn vị nghiên cứu trong nước để thực hiện luận án. Ngoài ra, tìm hiểu thêm
nguồn nguyên liệu và khả năng ứng dụng thực tiễn sản xuất.
- Để thực hiện đề tài, một số phương pháp sau được sử dụng:
+ Sử dụng phương pháp mô phỏng số nhằm định lượng các thông số công nghệ,
các kết quả mô phỏng sau đó làm cơ sở cho thiết lập các thông số khi thực nghiệm để đánh
giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tạo hình.
+ Sử dụng các thiết bị có sẵn phù hợp với điều kiện thực nghiệm tại Phòng thí
nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để thiết
kế và chế tạo hệ thống thiết bị phục vụ thực nghiệm đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy thu
thập và xử lý các thông số công nghệ.
+ Sử dụng thiết bị đo và các phần mềm hiện đại hiện có ở Việt Nam để đo và xử lý
số liệu cho kết quả đảm bảo độ tin cậy.
+ Thực nghiệm xác định các thông số công nghệ trong trường hợp không đối áp và
có đối áp. Kết quả được đánh giá trên cơ sở tạo hình các chi tiết đạt yêu cầu không bị nhăn,

rách, biến mỏng và chất lượng bề mặt tốt. So sánh đối chiếu trường hợp không đối áp và có
đối áp.
+ Xử lý số liệu thí nghiệm, tính toán xây dựng mô hình toán học và đồ thị quan hệ
giữa các thông số công nghệ. Mối quan hệ của áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối
phụ thuộc vào lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm trong hai trường hợp có đối áp

3
và không sử dụng đối áp. Xây dựng đồ thị quan hệ giữa độ biến mỏng và các thông số
công nghệ, xây dựng miền làm việc của chi tiết cầu đường kính 50 mm sử dụng công nghệ
DTT.
iii. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học:
- Nghiên cứu hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về các công nghệ tạo hình kim loại bằng
chất lỏng cao áp trong đó có công nghệ DTT, để xác định miền điều chỉnh của các thông số
công nghệ chính làm cơ sở khoa học cho chế tạo các chi tiết tấm có hình dạng phức tạp
bằng công nghệ DTT.
- Xây dựng được mô hình toán học thực nghiệm phản ánh mối quan hệ giữa các
thông số công nghệ chính tới khả năng tạo hình tương ứng từ đó lựa chọn miền điều chỉnh
phù hợp, đảm bảo tạo hình chi tiết và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp.
- Kết hợp phương pháp nghiên cứu mô phỏng số với thực nghiệm nhằm nâng cao
hiệu quả nghiên cứu và tiết kiệm chi phí, qua đó góp phần vào sự phát triển của các
phương pháp thiết kế và tối ưu quá trình nhờ công nghệ ảo.
b) Ý nghĩa thực tiễn:
- Góp phần đào tạo nâng cao năng lực chuyên môn nghiệp vụ cho đội ngũ cán bộ
KHCN thuộc lĩnh vực công nghệ tạo hình biến dạng vật liệu, nâng cao hiệu quả nghiên cứu
ứng dụng các công nghệ tiên tiến của thế giới phù hợp với điều kiện Việt Nam mà chưa
cần phải đầu tư thiết bị mới.
- Luận án được tiến hành nghiên cứu sát với điều kiện thực tế ở Việt Nam nên rất
thuận lợi trong triển khai ứng dụng công nghệ này vào sản xuất công nghiệp.
iv. Các đóng góp mới của luận án

1) Xây dựng được bộ các thông số công nghệ có xem xét ảnh hưởng của độ biến mỏng
khi tạo hình các chi tiết dạng tấm.
2) Xác định được mức độ biến mỏng theo từng vị trí của chi tiết trong 2 trường hợp có
và không có đối áp.
3) Đưa ra mô hình toán học dạng hàm mục tiêu, hàm thông số công nghệ dạng 2D và
3D.
v. Các nội dung chính trong luận án
Luận án ngoài các mục quy định và phần Mở đầu được trình bày trong 05 Chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh;
Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ dập thủy tĩnh;
Chương 3: Các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số;
Chương 4: Xây dựng hệ thống thực nghiệm;
Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả;
Kết luận quan trọng của luận án và những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo sẽ được trình bày
trong kết luận chung và hướng phát triển của đề tài.

4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY
TĨNH
1.1. Sơ lược về tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT
Công nghệ DTT nằm trong nhóm công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp (hình
1.1). Chất lỏng cao áp được cung cấp bởi hệ thống tăng áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt
của phôi gây biến dạng theo hình dạng của cối (DTT phôi tấm) và theo hình dạng hai nửa
khuôn trên và khuôn dưới (DTT phôi ống).
Tạo hình kim loại bằng chất lỏng cao áp là công nghệ sử dụng chất lỏng (nước,
dầu) để biến dạng kim loại. Công nghệ này hiện nay được ứng dụng khá nhiều để chế tạo
các chi tiết trong công nghiệp ôtô, xe máy nhằm giảm trọng lượng, tăng độ bền và độ cứng
các chi tiết, chi phí khuôn dập giảm do có thể kết hợp nhiều nguyên công thành một
nguyên công. Các chi tiết trên xe ôtô như khung, dầm, bảng điều khiển, Cácte chứa dầu,
các bình lọc dầu, và một vài chi tiết dập vuốt khác hiện nay được chế tạo bằng phương

pháp này.
Dập bằng CLCA thường sử dụng với 2 loại hình :
- Tạo hình ống
- Tạo hình tấm

Hình 1.1 Phân loại các dạng tạo hình bằng CLCA [52, 57]
Dập bằng chất lỏng
Tạo hình tấm
Tạo hình ống
Dập cặp tấm
Dập tấm đơn
Dập thủy cơ
Dập thủy tĩnh

5
Sử dụng công nghệ DTT có thể tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp mà công nghệ
dập truyền thống khó thực hiện được, đồng thời có khả năng ghép nối các chi tiết rời thành 1
chi tiết nhằm giảm các khuyết tật do hàn, khuyết tật… Công nghệ này cũng làm đơn giản hóa
trong lắp ráp các chi tiết phức tạp.
Công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp được phát minh năm 1950 bởi Fred Leuthesser
[5] nhằm chế tạo các chi tiết gia dụng dạng tấm. Phương pháp này làm giảm chi phí sản xuất
các chi tiết dạng dập vuốt có số lượng nhỏ. Hiện nay công nghệ này chủ yếu phục vụ ngành
công nghiệp ôtô với những sản phẩm có ưu điểm nổi bật: khỏe, nhẹ, hình dáng phức tạp,
không bị khuyết tật trong kết cấu ….

Mặt đồng hồ Ống chữ T Khung xe ô tô Ống giảm thanh

Các chi tiết vỏ xe ô tô
Hình 1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp, [37, 60]

Các thiết bị sử dụng cho công nghệ dập này thường là thiết bị chuyên dụng, hệ thống
bao gồm máy ép thủy lực (dùng để chặn), hệ thống cung cấp chất lỏng cao áp (dùng để tạo
hình), hệ thống điều khiển và đo các thông số trong quá trình tạo hình.

Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết tấm [22, 36]

6

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị dập thủy tĩnh chi tiết ống [37]

Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị dập thủy cơ chi tiết tấm [22]
1.1.1. Ưu điểm của tạo hình bằng CLCA.
Trong nguyên công dập vuốt các chi tiết dạng tấm, tạo hình bằng CLCA tương tự như
phương pháp truyền thống tuy nhiên có lợi đáng kể về số lượng các nguyên công cần thiết để
tạo hình , giảm chi phí khuôn mẫu và chi phí sản xuất.









Hình 1.6 Ưu điểm của phương pháp tạo hình bằng CLCA [13, 37]
Mức độ biến dạng lớn: dập bằng CLCA cho phép tạo ra sản phẩm với mức độ biến
dạng lớn hơn so với phương pháp dập vuốt truyền thống.

7

a, Dập vuốt truyền thống
b, Dập bằng chất lỏng cao áp
Hình 1.7 So sánh ứng suất giữa dập vuốt truyền thống và dập CLCA [51, 37]

- Mức độ biến mỏng vật liệu lớn
- Sự biến dày tại vành không đều
- Ứng suất dư phần vành lớn
- Giảm ứng suất dư và khử đàn hồi lại
- Đồng nhất độ bền và giảm phế phẩm
- Độ chính xác cao

Bề mặt sản phẩm tốt hơn : So với phương pháp dập vuốt truyền thống, dập bằng
CLCA tránh được sự tiếp xúc trực tiếp của sản phẩm với khuôn nên bề mặt sản phẩm không
bị xước. Trong quá trình dập bằng CLCA, khi áp suất đạt giá trị yêu cầu thì tấm tiếp xúc với
dụng cụ nên đảm bảo quá trình hình thành chi tiết không có sự cào xước.
Cho phép tạo hình các loại vật liệu khó biến dạng: Phương pháp tạo hình bằng CLCA
có khả năng biến dạng với mức độ biến dạng tối ưu các vật liệu có trở lực biến dạng lớn như:
thép không gỉ, magie, titan [26] hoặc các hợp kim đặc biệt. Với những tấm kim loại có chiều
dày từ 0,05 đến 6 mm, khả năng biến dạng của phương pháp dập bằng CLCA lớn hơn nhiều
so với phương pháp dập vuốt thông thường.
Tiết kiệm chi phí dụng cụ: Chi phí sản xuất khuôn mẫu trong phương pháp dập bằng
chất lỏng cao áp có thể giảm đến 80% so với phương pháp dập truyền thông [22, 37], do
nguyên nhân số lượng nguyên công có thể giảm, chỉ cần chày hoặc cối khi tạo hình.

Trong nguyên công tạo hình các chi tiết ống : Phương pháp dập bằng CLCA các chi
tiết ống làm khung và dầm ô tô làm giảm tối đa trọng lượng xe. Do phần lớn trọng lượng xe là
phần khung nên để giảm được trọng lượng xe sẽ cải thiện được mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm
lượng khí thải Tuy nhiên, mức độ giảm như thế nào phụ thuộc vào các tiêu chí khác như: độ
bền, mỹ thuật … do đó sự lựa chọn kết cấu khung ô tô bằng ống hiện nay đang được ứng
dụng một cách hiệu quả nhằm giảm tối đa trọng lượng xe.


Hình 1.8 Ống tạo hình bằng CLCA được áp dụng trên khung ô tô [36]

8
1.1.2. Nhược điểm của tạo hình bằng CLCA.
Thiết bị đắt tiền: Các thiết bị cao áp đòi hỏi độ kín khít lớn, khả năng chịu áp cao nên
các trang thiết bị sử dụng cho hệ thống thường đắt tiền
Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp thiết bị công nghệ cao : Với áp suất tạo hình có thể đến
10,000 bar nên đòi hỏi việc lắp ráp và chế tạo thiết bị đảm bảo theo các tiêu chuẩn khắt khe
của các thiết bị cao áp.

1.2. Các phương pháp tạo hình bằng CLCA.
1.2.1. Dập thủy cơ:
Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình vật liệu nhờ nguồn chất lỏng cao áp kết hợp với
lực nén của chày. Chất lỏng cao áp tạo thành là do trong quá trình làm việc, chày chuyển động
nén chất lỏng trong lòng cối. Phương pháp này được ứng dụng để tạo hình các chi tiết vỏ
mỏng phức tạp. Sơ đồ các bước dập thủy cơ được thể hiện trên hình 1.9.

Hình 1.9 Sơ đồ các bước dập thủy cơ [80]
Quá trình dập thủy cơ có thể được chia thành các bước sau [50, 81]:
- Đưa phôi vào khuôn dập.


- Phôi được cố định và kẹp chặt nhờ cơ cấu chặn phôi: không gian ép được hình thành
giữa phôi và lòng cối.


- Chất lỏng được bơm vào trong lòng cối với áp suất ban đầu p
0
làm phôi bị phồng lên.

Q
Q
Q
Q
Q
Q
P
P
P

9

- Chày chuyển động đi vào trong cối: áp suất chất lỏng trong lòng cối tăng tỷ lệ thuận
với hành trình của chày, đẩy phôi áp vào bề mặt của chày.

- Lấy sản phẩm dập ra khỏi khuôn.
Các sản phẩm dập thủy cơ




Hình 1.10 Các chi tiết khung ô tô [50]
1.2.2. Dập thủy tĩnh phôi ống:
Dập thủy tĩnh phôi ống là phương pháp dùng nguồn chất lỏng cao áp để biến dạng các
chi tiết từ phôi ban đầu dạng ống thành các chi tiết nối, khung ô tô … Phương pháp này sử
dụng chất lỏng cao áp để biến dạng bên trong ống phôi còn máy ép có tác dụng đóng khuôn.
Khi áp suất bên trong lòng ống tăng lên cũng là lúc lực dọc trục tác dụng làm phôi được đẩy
vào trong lòng cối, lúc đó áp suất đạt giá trị lớn nhất để tạo hình chi tiết. Dưới tác dụng của
các thông số chính của quá trình là lực tác dụng dọc trục, áp suất bên trong tạo hình … ống

được biến dạng theo hình dạng chính xác theo cối.
Từ mô phỏng số quá trình biến dạng đến sản xuất

10

Hình 1.11 Sơ đồ các bước dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống [5]
Quá trình dập thủy tĩnh phôi ống có thể được chia thành các bước sau [36, 81]:
- Máy cắt ống theo đúng kích thước yêu cầu làm phôi ban đầu, phôi sau đó tùy theo
yêu cầu hình dáng của sản phẩm sẽ được uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm.

Hình 1.12 Phôi được cắt và uốn theo biên dạng gần đúng của sản phẩm [14, 36]
- Phôi được đặt vào lòng khuôn, khuôn được đóng lại nhờ máy ép thủy lực sau đó chất
lỏng được điền đầy vào trong lòng ống

Hình 1.13 Phôi đặt vào lòng khuôn [36]
- Áp suất chất lỏng được tăng lên biến dạng phôi theo hình dạng của cối, lực dọc trục
đẩy phôi vào trong lòng cối hỗ trợ tạo hình chi tiết theo như hình dáng sản phẩm mong muốn.
- Áp suất tăng lên cực đại điền đầy các góc cạnh khó biến dạng, loại bỏ những phần
nhăn tại chỗ chuyển góc đột ngột, hạn chế sự biến mỏng và vỡ ở phần không có đối áp.

11

Hình 1.14 Tạo hình theo biên dạng mong muốn và hoàn thiện sản phẩm [36]
- Dỡ sản phẩm ra khỏi khuôn, thực hiện các nguyên công tiếp theo như đột lỗ, cắt cặt
đầu theo yêu cầu bằng khuôn hoặc cắt laser.

Các sản phẩm được ứng dụng bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống:
- Các chi tiết làm mối nối đường ống dẫn, ống chịu lực: Các chi tiết mối nối đường
ống dẫn là chi tiết không gian cơ bản. Các mối nối, các đầu giao chéo nhau là các chi tiết phổ
biến nhất hay dùng, ngoài ra trong nhóm này còn có những chi tiết không gian lệch tâm

không đối xứng được sử dụng trong các thiết bị đo lường. Bằng công nghệ dập thuỷ tĩnh có
thể tạo hình được các chi tiết nhóm này một cách hoàn chỉnh, chất lượng cao.


Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ và dạng sản phẩm ống nối, ống dẫn [11, 36]
- Các chi tiết trục bậc hoặc trục cam rỗng: Nhìn chung các chi tiết này có tiết diện dọc
nhiều bậc. Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thuỷ tĩnh.

Hình 1.16 Dạng trục bậc, trục cam [11, 36]
- Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy : Công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống được
ứng dụng sản xuất các chi tiết khung ô tô, các ống turbo xả hoặc hệ thống ống giảm thanh …

12

Hình 1.17 Các chi tiết trong công nghiệp ô tô, xe máy [11]

1.2.3. Dập thủy tĩnh phôi tấm:
Dập thủy tĩnh phôi tấm là phương pháp dùng nguồn chất lỏng cao áp có tác dụng như
chày để biến dạng phôi tấm theo biên dạng của cối. Công nghệ này được ứng dụng phổ biến
sản xuất linh hoạt với quy mô loạt nhỏ, một trong những ứng dụng chính công nghệ này là
công nghiệp ô tô xe máy.

Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn

Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm
Hình 1.18 Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm [5, 36]


13
Quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm có thể được chia thành các bước sau [36]:
Quá trình được thực hiện qua 2 giai đoạn chính là trong 1 hành trình của máy ép:
- Bắt đầu khi đóng khuôn: Máy ép thực hiện hành trình chặn giữa khuôn trên (tấm
chặn) ép phôi vào bề mặt chặn của cối, quá trình này diễn ra đảm bảo vùng làm việc được kín
khít không có sự dò rỉ chất lỏng cao áp.
- Giai đoạn tiếp theo là quá trình áp suất tăng lên tối đa để biến dạng phôi tấm chính
xác theo biên dạng của cối: Chất lỏng cao áp là chày vuốt phôi tấm qua góc lượn của cối làm
biến dạng tấm kim loại áp sát vào lòng cối, hình dạng của sản phẩm đạt được chính xác theo
biên dạng cối. Áp suất chất lỏng cao áp thông thường được áp dụng trong khoảng từ 30 ÷ 500
MPa [62].

Hình 1.19 Các giai đoạn tạo hình khi dập thủy tĩnh phôi tấm [5]
* So sánh giữa công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm với phương pháp truyền thống
Các ưu điểm của phương pháp thủy tĩnh tạo hình tấm như sau:
- Tăng mức độ dập vuốt: Mức độ dập vuốt được tăng lên hơn nhiều so với phương
pháp dập vuốt thông thường.

k = 2.8 k = 3.0 k = 3.13
Hình 1.20 Mức độ dập vuốt tăng lên khi dập thủy tĩnh [5]
- Khả năng biến dạng được tăng lên.

a, Dập thủy tĩnh; b, Dập vuốt thông thường
Hình 1.21 Dập tấm chỏm cầu
Giai đoạn 1
Giai đoạn 2

14
- Giảm số lượng nguyên công tạo hình

Nguồn: Bürk (1963)
Hình 1.22 Số lượng nguyên công giảm khi dập thủy tĩnh phôi tấm
- Tăng độ chính xác về kích thước, độ bóng bề mặt sản phẩm.

Hình 1.23 So sánh độ nhám bề mặt khi dập thủy tĩnh và dập vuốt truyền thống [5]
- Giảm chi phí sản xuất: khuôn và dụng cụ ít, đơn giản.
Nhược điểm của phương pháp dập thủy tĩnh:
- Hệ thống cung cấp chất lỏng phức tạp, đắt tiền

- Quá trình thực hiện phức tạp và khó khăn.
- Năng suất dập thấp.

Các phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm:
Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm được chia chủ yếu thành 2 nhóm là:
- Dập thủy tĩnh phôi tấm đơn
- Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm