Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao

VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP







BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ
THỐNG KHUÔN DẬP CẶP CHI TIẾT DẠNG TẤM MỎNG
BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG ÁP SUẤT CAO

CNĐT: ĐINH VĂN DUY












9064


HÀ NỘI – 2011

1

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Họ và tên Chức danh Học hàm, học vị,
chuyên môn
Chủ nhiệm đề tài
Đinh Văn Duy
Nghiên cứu viên
Viện IMI
Ths GCAL
Cán bộ nghiên cứu
Trần Anh Quân GĐ TT Đào tạo
Viện IMI
TS CTM
Nguyễn Thành Công
Nghiên cứu viên
Viện IMI
Ths CKCX
Phan Anh Dũng
Nghiên cứu viên
Viện IMI
Ths ĐT
Lê Hồng Sơn
Nghiên cứu viên

Viện IMI
Ths CTM
Nguyễn Phương Chi
Nghiên cứu viên
Viện IMI
KS CĐT
Nguyễn Trí Đồng Nghiên cứu viên
Viện IMI
KS TĐH


2

TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. Thực hiện nội dung nghiên cứu:
Sau thời gian nghiên cứu triển khai đề tài từ 01/01/2011 đến 30/11/2011,
nhóm nghiên cứu đã thực hiện được những nội dung chính sau:
+ Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo hình thủy lực
-Lịch sử phát triển
-Nghiên cứu các phương pháp trong công nghệ dập thủy lực: Phương
pháp dập thủy cơ, phương pháp dập thủy tĩnh phôi ố
ng, phôi tấm
-Các thiết bị sử dụng trong hệ thống dập tạo hình thủy lực
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chung của quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm
là cơ sở cho việc thiết kế khuôn. Nội dung nghiên cứu lý thuyết bao gồm:
-Nghiên cứu những vấn đề chung của phương pháp dập thủy tĩnh phôi
tấm
-Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trường hợp dập vuốt không d
ịch chuyển
mặt bích

-Nghiên cứu cớ sở lý thuyết trường hợp có dịch chuyển mặt bích phôi
+ Nghiên cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất
cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng:
-Nghiên cứu thiết kế công nghệ
-Tính toán các thông số công nghệ của bộ khuôn như: áp lực thủy tĩnh
trong quá trình tạo hình, lực chặn phôi
-Thiết kế, tính toán lự
a chọn phần tử của bộ đo các thông số công nghệ
+ Chế tạo hệ thống khuôn và dập thử nghiệm
-Chế tạo, lắp ráp bộ chặn phôi
-Lắp ráp bộ đo thông số công nghệ: áp suất trong xilanh, áp suất tạo
hình
-Lắp ráp, kết nối toàn bộ hệ thống khuôn và tiến hành dập thử, hiệu
chỉnh khuôn.
3

II. Tình hình thực hiện kinh phí nghiên cứu
Kinh phí đề tài đã được thực hiện theo đúng dự toán trong thuyết minh
đăng kí trong hợp đồng “Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp
công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” 2011. Toàn bộ kinh phí
hỗ trợ từ nguồn ngân sách nhà nước đã được sử dụng hết.
III. Kết luận và kiến nghị:
Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành các nội dung đã đăng kí thự
c hiện. Đề
nghị được phép bảo vệ trước hội đồng nghiệm thu cấp bộ
Hà nội, ngày 15 tháng 11 năm 2011
Chủ nhiệm đề tài

Ths. Đinh Văn Duy









Mục lục
I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC 7
I.1 Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy lực.7
4

I.1.1
Tình hình nghiên cứu trong nước 7
I.1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 8
I.2 Công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập tạo hình
thủy lực (Hydroforming) 11

I.2.1 Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing)11
I.2.1.1 Khái niệm và đặc điểm 11
I.2.1.2 Sự khác biệt giữa dập thủy cơ và dập vuốt thông thường
(chày cứng – cối cứng): 13

I.2.1.3 Các phương pháp dập thủy cơ 17
I.2.1.4 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy
cơ 18

I.2.2 Phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm (Internal high pressure
sheet metal forming; Hydrostatic forming) 19

I.2.2.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm 19
I.2.2.2 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy
tĩnh 25

I.2.3 Dập thủy tĩnh phôi ống 26
I.2.3.1 Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống 26
I.2.3.2 Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy
tĩnh phôi ống 31

I.2.4 Các thiết bị trong hệ thống dập tạo hình thủy lực áp suất cao
32

I.2.4.1 Máy ép thủy lực 33
I.2.4.2 Hệ thống tăng áp (pressure intensifier) 35
5

I.2.4.3
Hệ thống điều khiển, đo lường 37
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH DẬP THỦY
TĨNH PHÔI TẤM 37

II.1 Những vấn đề chung 37
II.2 Dập vuốt không dịch chuyển phần mặt bích 46
II.3 Dập vuốt có dịch chuyển mặt bích phôi 67
III. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUÔN DẬP CẶP CHI TIẾT
DẠNG TẤM MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT LỎNG ÁP SUẤT CAO 71

III.1 Phương pháp dập tạo hình cặp phôi tấm bằng nguồn chất lỏng
áp suất cao (dập tạo hình thủy tĩnh cặp phôi tấm) 71

III.2 Thiết kế công nghệ dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn
chất lỏng áp suất cao. 72

III.2.1 Dập bằng phương pháp thông thường (chày cứng – cối cứng)
73

III.2.2 Dập bằng phương pháp dập thủy thủy tĩnh cặp vật liệu tấm74
III.3 Tính toán công nghệ trong dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng
nguồn chất lỏng áp suất cao. 75

III.3.1 Tính toán phôi 75
III.3.2 Áp suất chất lỏng 75
III.3.3 Lực chặn phôi 76
III.3.4 Bán kính lượn của cối r
c
76
III.3.5 Tính toán thiết bị chặn thủy lực 77
III.3.6 Kiểm nghiệm độ bền tấm chặn 81
III.3.7 Thiết kế, lựa chọn hệ thống thủy lực của bộ khuôn 82
6

III.3.7.1
Hệ thống tăng áp 82
III.3.7.2 Xây dựng các phần tử thuỷ lực của bộ nguồn cấp xilanh
85

III.3.8 Thiết kế, lựa chọn các phần tử của bộ đo các thông số công
nghệ của khuôn (áp suất trong cối, lực chặn) 89

III.4 Thiết kế, chế tạo, lắp ráp khuôn 92
III.4.1 Lắp ráp, kết nối toàn bộ hệ thống khuôn 95
III.4.1.1 Lắp ráp hệ thống chặn 95
III.4.1.2 Kết nối toàn bộ hệ thống khuôn dập cặp chi tiết từ phôi
tấm bằng nguồn chất lỏng áp cao 96

III.5 Dập thử, hiệu chỉnh khuôn 98
III.5.1 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm và các yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 98

III.5.2 Dập thử và hiệu chỉnh 99
III.5.3 Dánh giá phương pháp dập thủy tĩnh cặp phôi sau khi dập
thử nghiệm 105

IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106
LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.
LỜI MỞ ĐẦU
Phương pháp dập tạo hình thủy lực tạo hình các chi tiết dạng tấm, ống có
hình dạng phức tạp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp hiện đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, quân sự… nhờ những ưu điểm
nổi bật: tăng khả năng biến dạng của vật liệu, nâng cao độ chính xác cũng như
7

chất lượng bề mặt, độ dày vật liệu được đảm bảo, cơ – lý tính của vật liệu tốt.
Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán công nghệ, thiết kế chế tạo khuôn dập sử

dụng nguồn chất lỏng áp cao vẫn chưa được nghiên cứu một cách tổng quát
cũng như ứng dụng vào thực tế sản xuất tại Việt Nam. Đề tài “Nghiên cứu
công nghệ
, thiết kế chế tạo hệ thống khuôn dập cặp chi tiết dạng tấm mỏng
bằng nguồn chất lỏng áp suất cao” có ý nghĩa thực tiễn và lý thuyết cao. Nội
dung thực hiện của đề tài là:
- Nghiên cứu công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập bằng
chất lỏng
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp suất
cao dập cặp chi tiết có dạng tấm mỏng (Một giá trị chiều dày tấm trong
khoảng 0,5 -:- 1,5 mm).
- Chế tạo hệ thống khuôn và dập thử nghiệm
Nhóm đề tài hy vọng, thông qua việc thực hiện đề tài s
ẽ từng bước làm
chủ việc thiết kế hệ thống khuôn dập bằng nguồn chất lỏng áp cao, đặc biệt là
đối với các dạng cặp chi tiết dạng tấm mỏng, góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa
hóa các mặt hàng công nghiệp trong nước, giúp các doanh nghiệp chủ động
về công nghệ, chế tạo các dạng chi tiết đặc biệt từ phôi tấm và phôi ống.
Nhóm thự
c hiện đề tài



CÁC NỘI DUNG CHÍNH
I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC
I.1Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy lực
I.1.1Tình hình nghiên cứu trong nước
8

Ở Việt Nam công nghệ dập bằng môi trường chất lỏng mới ở giai đoạn

bắt đầu tìm hiểu công nghệ. Việc nghiên cứu về dập thủy lực cũng mới được
đề cập đến trong một số đề tài nghiên cứu cấp nhà nước, bộ, cơ sở… như đề
tài KC.05.19 – “Nghiên cứu áp lực cao làm việc trong phôi ống” của Viện
công nghệ Bộ Quốc phòng,
đề tài KC.05.23 – “Dập thủy động các chi tiết
dụng cụ dập thể tích” của trường ĐHBK-HN, Mô phỏng số quá trình dập thủy
cơ chi tiết đối xứng trục – Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến
dạng lần thứ 7 - 2004, Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình tạo
hình các chi tiết không gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ -
luận văn th
ạc sỹ tại ĐHBK-HN và Học viện KTQS…
I.1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến
hành ở trường Đại học Bách khoa Lêningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng
hợp Quốc gia Sankt – Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng trong sản
xuất. Kết quả của các nghiên cứu này đã được đăng trong các công trình khoa
học ở Nga và các nước khác …Tại
Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành
công và đưa vào áp dụng công nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng
ôtô ở Đức và một số nước Châu Âu. Đã có 120 bài báo, 90 phát minh được
công bố từ năm 1996 – 2003. Điều này đã chứng minh cho một khuynh
hướng phát triển về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo hình thủy lực.
Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đang áp dụng có hiệu quả phương
pháp tạo hình thủy lự
c để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp. Đặc
điểm của phương pháp là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường
gây biến dạng. Phôi ban đầu có thể là kim loại tấm, dạng ống hoặc tấm hàn.
Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này được bắt đầu từ những năm 60,
song tới tận những năm 80 của thế kỷ 20 thì nó mới được nghiên cứu và áp
d

ụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể. Tại hàng loạt
các nước như Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Thụy Điển đã ứng dụng
9

công nghệ tạo hình thủy cơ trong công nghiệp ôtô và hàng không. Nhiều hội
nghị Quốc tế đã giới thiệu công nghệ này với sự tham gia của các thành viên
là các hãng và tổ chức lớn. Tại hội nghị Quốc tế “ESAFORM 2003” ở thành
phố Xalernơ (Italia) về công nghệ gia công kim loại thì phương pháp công
nghệ thủy lực đã gây được sự chú ý lớn. Một trong số các chuyên gia nổi
tiếng trong lĩnh vực tạ
o hình bằng thủy lực như giáo sư Clauxzighert người
Đức nói “Công nghệ tạo hình thủy lực ngày nay là một trong các đề tài ý
nghĩa nhất của công nghệ sản xuất”.
Hiện nay, ở trường Đại học Giao thông – Tây An (Trung Quốc) có nhiều
nghiên cứu sinh đang làm các đề tài về dập thủy cơ và thủy tĩnh. Điều này
chứng tỏ dập tạo hình thủy lực đang thu hút sự quan tâm chú ý của các nước
công nghi
ệp phát triển trên thế giới.
Ngày nay, do đòi hỏi về tính kinh tế và môi trường, xu hướng tiến tới cấu
trúc nhẹ (lightweight construction) cũng như nhu cầu về dạng cấu trúc nhẹ
ngày càng tăng đòi hỏi công nghệ tạo hình phải đáp ứng cho nó. Một bước
tiến quan trọng vượt qua những giới hạn của công nghệ tạo hình truyền thống
là quá trình tạo hình thủy lực, nó được đặc trư
ng bởi tính linh động cao, cho
phép chế tạo những hình dạng chi tiết phức tạp ngay cả khi sử dụng thép hợp
kim độ bền cao hoặc hợp kim nhôm và mangan nhẹ. Tương phản với tạo hình
thủy lực của ống và những profile khác được biết đến nhiều trong sản xuất
công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm
được giới hạn trong một vài trường h
ợp riêng biệt ở quá khứ mặc dù những

thuận lợi về công nghệ đã có nhiều thay đổi. Từ năm 2000, môi trường làm
việc được dựa trên cơ sở quá trình tạo hình kim loại tấm (với khí và nước –
dầu – nhũ tương như những môi trường làm việc) đã được phối hợp nghiên
cứu trong chương trình DFG Priority Programme SPP 1089
“Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung”. Công việc
nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiế
t bị, thiết kế
10

quy trình và cả quá trình ứng xử của vật liệu bằng mô phỏng và thực nghiệm
để đưa ra những hiểu biết cơ sở cho những ứng dụng tương lai của dập vuốt
thủy cơ, tạo hình thủy lực cặp vật liệu tấm (Sheet metal forming pairs) , tạo
hình kim loại tấm áp suất cao và môi trường làm việc dựa trên cơ sở quá trình
tạo hình tốc độ cao (hydromechanical deep drawing, hydroforming of double
sheets, high – pressure sheet metal forming, and working media based high –
speed forming processes). Nh
ững chi tiết có hình dạng phức tạp được tạo hình
tốt do tính ổn định và cải tiến của kỹ thuật điều khiển quá trình tạo hình mới
này. Phạm vi ứng dụng có thể được mở rộng để tạo hình thủy lực như phôi
hàn, phôi cán hàn và phôi kết nối… (Steel research international 76. 2005,
No.12, December. Publishers: Steel Institute VDEh Max-Planck-Institut f

u
r
Eisenforschung; ASMET⋅Autrian Society for Metallurgy and Materials,
Revue de Métallurgie).
11

I.2Công nghệ, thiết bị và ứng dụng của phương pháp dập tạo hình thủy
lực (Hydroforming)

Dập tạo hình thủy lực là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng công tác có
áp suất cao tác dụng trực tiếp vào phôi tấm hoặc phôi ống để tạo hình chi tiết.
Chất lỏng công tác được sử dụng ở đây có thể là dầu, nước hoặc emunxi.











Hình 1.1 Phân loại các phươ
ng pháp dập tạo hình thủy lực
I.2.1Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing)
I.2.1.1Khái niệm và đặc điểm
Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng
áp suất cao kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo ra.
Phương pháp này được ứng dụng để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng phức tạp.
Dập tạo hình thủy lực
(Hydroforming)
Dập tạo hình thủy lực
p
hôi tấm
Dập tạo hình thủy lực phôi
ốn
g
(

d
ập
thủ
y
tĩnh
p
hôi ốn
g)
Dập thủy cơ
(Hydromechanic
)
Dập thủy tĩnh
(Hydrostatic)
Phôi đơn
(
Sin
g
le blank
)
Cặp phôi
(
Double blank
)

12


Hình 1.2. Sơ đồ quá trình dập thủy cơ các chi tiết dạng vỏ mỏng
Nguyên lý của quá trình dập thủy – cơ:
Đưa phôi vào khuôn dập

Phôi được 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)

Chày bắt đầu chuyển động

Dập vuốt thủy cơ
(Chày đi xuống thực hiện quá trình dập vuốt, áp suất chất lỏng trong lòng cối
tăng tỷ lệ thuận với hành trình của chày đẩy phôi áp vào bề mặt của chày)

Vận chuyển chi tiết đã được dập ra ngoài.
13

Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt
thông thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo ra sự bôi trơn
thủy động. Có 2 cách tạo ra đối áp: chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn,
khi đầu trượt đi xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp; cách thứ 2 là
bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất sẽ được
điều
khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp. Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và
chày (tránh được hiện tượng mất ổn định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất
lỏng ở đây có tác dụng bôi trơn), phôi không tiếp xúc với góc lượn cối nên
chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều dày thành cũng đồng đều hơn.
I.2.1.2Sự khác biệt giữa dập thủy cơ và dập vu
ốt thông thường (chày cứng –
cối cứng):

Hình 1.3. Sơ đồ trạng thái ứng suất Hình 1.4. Sơ đồ trạng thái ứng suất
biến dạng dập vuốt thông thường biến dạng dập vuốt thủy cơ
a. Phần vành phôi: Cả dập thủy cơ và dập vuốt thông thường đều có
trạng thái ứng suất khối (hai chiều nén và một chiều kéo), trạng thái biến dạng
là biến dạng khối (hai chiều kéo và một chiều nén). Thành ph
ần biến dạng +ε
3

làm cho phôi trên phần vành bị biến dày, dễ gây ra sự mất ổn định và làm
xuất hiện nhăn, rách phôi. Do đó, trong dập thủy cơ cần thiết phải có chặn,
chặn ngoài tác dụng bịt kín khe hở giữa phôi và vành cối còn có tác dụng
chống nhăn đồng thời tăng sự ổn định của phôi. Trong đó, lực chặn và
14

phương pháp chặn phải hợp lý vì đây là thông số ảnh hưởng trực tiếp tới chất
lượng sản phẩm.
b. Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (phần bán kính góc
lượn của cối): Phần này chịu ảnh hưởng của trạng thái ứng suất – biến dạng
khối phức tạp. Điểm khác biệt so với dập vuốt thông thường là thành phần
ứ
ng suất nén σ
3
do áp lực q của chất lỏng chịu nén gây ra, nên đã làm gia tăng
đáng kể tính ổn định của phôi cũng như khả năng biến dạng dẻo của vật liệu,
đồng thời giảm thiểu tác dụng không có lợi của ma sát như trong trường hợp
dập vuốt trên chày cứng – cối cứng. Với dập vuốt thông thường, xảy ra hiện
tượng biến mỏng phôi trên phần bán kính lượn c
ủa cối, do đó có thể dẫn đến
sự kéo đứt phôi trong quá trình vuốt. Trong dập thủy cơ, thành phần ứng suất

nén σ
3
do áp lực q của chất lỏng chịu nén gây ra cùng với không có sự kéo
căng phôi trên phần bán kính lượn của cối sẽ làm giảm ảnh hưởng xấu xuất
hiện ở trên.
c. Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày): Trong dập thủy
cơ có trạng thái ứng suất hai chiều (một chiều kéo và một chiều nén), còn
trong dập vuốt thông thường chỉ có một trạng thái ứng suất (m
ột chiều kéo).
Qua thực nghiệm cho thấy phôi hầu như không bị biến dạng, tức là không xảy
ra sự biến mỏng phôi như trong trường hợp dập vuốt thông thường. Do không
có sự tiếp xúc trực tiếp giữa phôi và bề mặt của cối nên chất lượng bề mặt của
sản phẩm được tăng lên.
d. Phần bán kính lượn đầu chày: Trong trường hợp dập vuốt thông
thường,
đây là phần quan trọng nhất do có sự biến mỏng đáng kể của phôi,
hơn nữa khi đó phôi nằm trong trạng thái ứng xuất kéo hai chiều, làm giảm
tính dẻo của vật liệu, vì thế đây là vùng nguy hiểm nhất, phôi dễ bị kéo đứt.
Với dập vuốt thủy cơ, do có tác dụng của chất lỏng nên phôi nằm trong trạng
thái ứng suất nén một chiều σ
3
= q, còn các thành phần biến dạng đều có giá
15

trị rất nhỏ (có thể coi bằng không). Chính vì vậy, tính dẻo của vật liệu trong
vùng này tăng lên, phôi hoàn toàn không bị phá hủy.
e. Phần đáy chày (phôi tiếp xúc với đáy của chày dập vuốt): Phần này
nằm trong trạng thái ứng suất đơn σ
3
= q, các thành phần ứng suất chính khác

có giá trị nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần σ
3
nên có thể coi bằng 0, phôi
trong phần này hầu như không biến dạng. Trong quá trình dập vuốt thông
thường có trạng thái ứng suất hai chiều (hai chiều kéo) và trạng thái biến dạng
khối (+ε
1
, +ε
2
và -ε
3
) nên phôi trong trường hợp này bị biến mỏng.
f. Biên độ sóng của phôi trong quá trình dập vuốt:

A B
Hình 1.5. Biên độ sóng của phôi trong quá trình dập vuốt:
A – Dập vuốt thông thường; B – Dập vuốt thủy cơ
Từ hình 1.5 ta thấy trong dập vuốt thông thường thì biên độ sóng của phôi
trong quá trình dập vuốt lớn hơn rất nhiều so với trong dập vuốt thủy cơ. Do
đó sẽ cho chất lượng bề mặt sản phẩm tốt hơn nhiều nếu dập vuốt thủy cơ.
So sánh trạng thái
ứng suất – biến dạng khi dập thủy cơ với dập vuốt
thông thường
16


Hình 1.6. So sánh trạng thái ứng suất – biến dạng khi dập thủy cơ
với dập vuốt thông thường
Khác biệt giữa dập thủy cơ và dập vuốt thông thường: Khi dập thủy cơ
do tác dụng của ứng suất thủy tĩnh làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất -

biến dạng của phôi dập chủ yếu nằm trong trạng thái ứng suất nén. Chính vì
thế mà khả n
ăng biến dạng dẻo của vật liệu được tăng lên và đặc biệt thành
phần ứng suất σ
3
luôn ép phôi vào bề mặt của chày nên làm giảm sự trượt
tương đối giữa phôi và chày.
*Ưu nhược điểm của phương pháp dập thủy cơ
Ưu điểm
- Giảm số lần dập (1 lần dập có thể ra sản phẩm) → tiết kiệm số lượng
khuôn tạo hình.
- Tạo ra biến dạng đồng đều, giảm hiện tượng biến mỏng cục b
ộ
- Ma sát tiếp xúc thấp hơn và bôi trơn tốt hơn
17

- Nâng cao độ chính xác chi tiết dập
- Tránh được trày xước trên bề mặt
- Giảm mòn cho chày và cối → tiết kiệm chi phí phục hồi khuôn
- Thích hợp cho việc tạo hình các chi tiết có kích thước lớn và phức tạp
(công nghiệp ôtô, hàng không, tàu thủy, thiết bị quân sự…)
- Hiệu quả kinh tế cao, vì có thể tạo hình những chi tiết có kích thước và
hình dạng khác nhau ở cùng một thiết bị mà chỉ việc thay đổi kích thước của
chày
- Có th
ể tạo hình những chi tiết mà không thể thực hiện được bằng tạo
hình truyền thống…
Lợi thế chủ yếu của dập thủy cơ so với dập vuốt thông thường là tăng tỉ số
dập vuốt, điều đó dẫn đến những lợi thế về kinh tế như giảm các bước tạo
hình và giảm chi phí.

Nhược điểm
- Dụ
ng cụ gia công phải có độ chính xác cao và được chế tạo từ vật liệu
có cơ tính ổn định trong điều kiện áp suất lớn
- Trang thiết bị thủy lực cho dập thủy cơ được thiết kế và chế tạo phức tạp
nên chi phí ban đầu khá cao.
I.2.1.3 Các phương pháp dập thủy cơ

a) b) c)
18


d) e) g)
Hình 1.7. Sơ đồ đặc trưng cho quá trình dập thủy cơ chi tiết thành mỏng
1: chất lỏng; 2: gioăng; 3: chày; 4: phôi; 5: tấm chặn; 6: rãnh dẫn;
7: đường chất lỏng vào; 8: đường chất lỏng ra; 9: cối.
a: Tạo hình chi tiết có dập nổi phức tạp ở đáy và ở vành;
b: Dập vuốt chi tiết thành hình trục có dịch chuyển gân vuốt thủy lực;
c: Tạo hình chi tiết dạng vỏ b
ằng chày thủy cơ;
d: Dập trong cối thủy cơ;
e, g: Dập thủy cơ ngược (a, b: từ phôi phẳng; e – f: từ phôi không gian)
I.2.1.4Một số hình ảnh về ứng dụng của phương pháp dập thủy cơ
a) Các chi tiết vỏ ôtô:



19

Hình 1.8. Chi tiết mui ôtô
b) Các sản phẩm của động cơ phản lực và máy bay:

Hình 1.9. Các sản phẩm của động cơ phản lực và máy bay

I.2.2Phương pháp dập thủy tĩnh phôi tấm (Internal high pressure sheet
metal forming; Hydrostatic forming)
I.2.2.1Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm
Hiện nay, công nghệ dập thuỷ tĩnh (CNDTT) ở nước ta chắc chắn vẫn còn
rất mới mẻ với mọi người mà ngay cả nhiều người chuyên làm trong lĩnh vực
cơ khí. Trên thế giới đã có nhiều quốc gia áp d
ụng công nghệ dập thuỷ tĩnh
trong lĩnh vực sản xuất, chế tạo cơ khí và đã thu được nhiều kết quả khả quan.
Nó làm tiền đề cho việc phát triển công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí gọn
nhẹ, tiết kiệm kim loại trong hầu hết các phương tiện, máy móc nhằm làm
giảm tiêu tốn năng lượng ở mức tối đa.
20

Công nghệ dập thuỷ tĩnh là một trong những phương pháp gia công áp lực
đặc biệt: sử dụng áp lực chất lỏng rất cao ở trong lòng phôi kết hợp với các
lực biên phù hợp để làm biến dạng dẻo phôi theo một lòng khuôn.
Đối tượng của CNDTT là các loại phôi tấm hoặc phôi ống. Với các loại
phôi tấm thì quá trình tạo hình bằng công nghệ dập thủy tĩnh thực chất giống
với quá trình dậ
p vuốt phôi tấm trong gia công áp lực. Ưu điểm chính so với
dập vuốt thông thường là chỉ cần biên dạng của cối còn chất lỏng đóng vai trò
là chày, và tạo hình các chi tiết ngóc ngách rất phức tạp mà công nghệ dập
vuốt truyền thống không làm được.

Hình 1.10. Phân loại phương pháp dập thủy tĩnh
Dập thủy tĩnh
(H
y
drostatic)
Phôi đơn
(S
in
g
l
e

b
l
a
nk
)
Cặp phôi
(
D
oub
l
e

b

l
a
nk
)

21


Hình 1.11. Sơ đồ quá trình tạo hình
Nguyên lý của quá trình dập thủy tĩnh phôi đơn:
Đưa phôi vào khuôn dập


Phôi được kẹp chặt nhờ cơ cấu chặn phôi


Chất lỏng cao áp được bơm vào lòng cối


Dập vuốt thủy tĩnh
(Chất lỏng cao áp tác dụng vào bề mặt của phôi làm cho phôi biến dạng
trong lòng cối)

Đưa chi tiết đã được dập ra ngoài.
22

Theo phương pháp dập tạo hình thủy tĩnh phôi đơn thì chày chất lỏng sẽ
tạo hình sản phẩm theo lòng cối, còn trong dập vuốt thủy cơ thì chày cứng và
cối là chất lỏng, sản phẩm sẽ được tạo hình theo biên dạng của chày.
* Ưu nhược điểm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi đơn

+ Ưu điểm:
- Nâng cao độ chính xác chi tiết dập
- Tránh được trày xước trên b
ề mặt
- Tiết kiệm chi phí gia công chày
- Hiệu quả kinh tế cao, vì có thể tạo hình những chi tiết có kích thước và
hình dạng khác nhau ở cùng một thiết bị mà chỉ việc thay đổi kích thước của
cối
- Tạo hình những chi tiết mà phương pháp truyền thống không thể thực
hiện được
+ Nhược điểm
- Lượng biến mỏng lớn và độ không đồng đều ở thành chi tiết là đáng kể

- Sự chảy không ổn định của mặt bích phôi ở các phần khác nhau trên
vành mép của chi tiết (Khi dập có dịch chuyển mặt bích)
- Dụng cụ gia công phải có độ chính xác cao và được chế tạo từ vật liệu
có cơ tính ổn định trong điều kiện áp suất lớn
- So với dập thủy cơ, phương pháp dập thủy tĩnh yêu cầu phải có bộ nhân
áp (Pressure intensifier) để cung cấp chất lỏng công tác áp su
ất cao (trên thế
giới đã chế tạo được thiết bị tăng áp đến 10.000bar), cho nên yêu cầu chi phí
đầu tư ban đầu cao.
Với những nhược điểm trên, phương pháp dập thủy tĩnh chủ yếu được áp
dụng để sản xuất các chi tiết có chiều sâu không lớn



23

Nguyên lý của quá trình dập thủy tĩnh cặp phôi (Double blank)

Bước 1. Cặp phôi tấm được đưa vào cối và kết nối với cơ cấu cấp chất
lỏng cao áp

Bước 2. Phôi được chặn nhờ bộ chặn phôi và chất lỏng cao áp được đưa
vào giữa hai phôi để tạo hình thủy tĩnh

Bước 3. Sử dụng phương pháp hàn Laser để hàn cặp phôi với nhau (Tùy
sản phẩm có thể không hàn)
Phôi 1
Cơ cấu cấp
chất lỏng áp cao
Phôi 2
Chặn phôi
Lòng khuôn
Lòng khuôn
24


Bước 4. Tiếp tục bơm chất lỏng cao áp để hoàn thành việc tạo hình

Bước 5. Lấy sản phẩm ra khỏi lòng cối
Ngoài những ưu điểm - nhược điểm chung của phương pháp dập thủy
tĩnh, phương pháp dập thủy tĩnh đối với cặp phôi tấm so với phôi đơn có
những ưu điểm sau:
-Nâng cao năng suất dập
-Giảm chi phí chế tạo khuôn
-Có thể dập được các chi tiết rỗng đối xứng hoặc không
đối xứng có hình
dạng phức tạp chỉ sau một lần dập mà các phương pháp khác không thể
thực hiện được

-Có thể dập đồng thời với hai phôi có chiều dày, vật liệu khác nhau.