Nghiên cứu công nghệ dập tạo hình đồng thời cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao (tt)

BỘ CÔNG THƯƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

NCS. ĐINH VĂN DUY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH ĐỒNG THỜI
CẶP CHI TIẾT DẠNG TẤM MỎNG BẰNG NGUỒN CHẤT
LỎNG ÁP SUẤT CAO

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 62.52.01.03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2016


Công trình được hoàn thành tại Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ
Công Thương

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. PHẠM VĂN NGHỆ
2. TS. TRẦN ANH QUÂN

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Viện

Họp tại: Viện nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công thương
Tòa nhà trụ sở chính, Số 4 đường Phạm Văn Đồng– Q. Cầu giấy
– Hà nội
Vào hồi…. giờ, ngày….tháng…. năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí;
2. Thư viện Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp (IMI);
3. Thư viện Quốc gia Việt Nam.


1
A. MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Gia công áp lực (GCAL) là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí.
Ở các quốc gia phát triển, GCAL chiếm tỷ trọng rất lớn trong chế tạo thiết bị,
cho phép tạo ra các chi tiết từ phôi dạng tấm, ống, hay nguyên khối có hình
dạng đơn giản hoặc phức tạp với năng suất cao, chất lượng tốt, tiết kiệm vật
liệu. Các yêu cầu hiện đại đối với sản phẩm như tiết giảm khối lượng, nâng
cao độ bền, sáng tạo mẫu mã, tinh chỉnh đặc tính với các biên dạng bề mặt
phức tạp,… khiến cho các phương pháp GCAL truyền thống gặp nhiều khó
khăn. Chúng bị hạn chế hoặc thậm chí không khả thi trong việc chế tạo các
chi tiết từ vật liệu khó biến dạng hơn, có độ phức tạp, chính xác, cơ tính ngày
càng cao hơn,… Công nghệ dập tạo hình thủy lực - DTHTL (Dập thủy cơ –
Dập thủy tĩnh) đã và đang được nghiên cứu phát triển mạnh ở các quốc gia
hàng đầu về công nghiệp, là một trong số những phương pháp và phương tiện
mới cho phép vượt qua những giới hạn của công nghệ GCAL truyền thống.
Công nghệ này đã và đang được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển
trên thế giới, trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp ôtô,
hàng không và quốc phòng.

Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) cặp phôi là một hướng nghiên cứu mới
trong công nghệ dập tạo hình thủy lực, công nghệ này cho phép dập các chi
tiết rỗng có hình dạng phức tạp chỉ sau một chu trình tạo hình, nâng cao năng
suất so với dập tấm đơn (được 02 chi tiết sau một lần dập với cặp phôi không
hàn), tạo hình được các chi tiết rỗng đa hướng trong không gian, từ các vật
liệu khó biến dạng… Hiện nay, tại Việt nam chưa có một công trình nào tập
trung nghiên cứu về hướng công nghệ này, cụ thể là những nghiên cứu về cơ
sở lý thuyết, hệ thống thiết bị, các thông số công nghệ và thông số dụng cụ
ảnh hưởng đến quá trình tạo hình. Do đó, “Nghiên cứu công nghệ dập tạo
hình đồng thời cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất
cao” chính là nội dung trọng tâm và tên của luận án này.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
 Mục đích của luận án
- Nắm bắt và từng bước làm chủ công nghệ dập tạo hình đồng thời cặp
chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao, tạo điều kiện sớm
áp dụng vào thực tiễn công nghiệp trong nước, thông qua:
- Xác định ảnh hưởng cũng như tìm ra quy luật tác động của các thông số
công nghệ trong quá trình dập tạo hình thủy tĩnh;
- Xây dựng miền làm việc và phương trình quan hệ của các thông số
chính: áp suất lòng cối, lực chặn đến chiều sâu tương đối, biến mỏng sản
phẩm và bán kính lòng trong của sản phẩm;
- Xác định ảnh hưởng của hình dạng cối (cụ thể là bán kính góc lượn của
cối) đến quá trình tạo hình.


2
 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:
Luận án tập trung nghiên cứu công nghệ dập tạo hình thủy tĩnh cặp chi
tiết áp dụng trên đối tượng cụ thể: Chi tiết hình cầu đường kính 50mm chiều
dày 1 mm và mô hình chi tiết thanh chữ B của xe ô tô (B-pillar) chiều dày

0,8 mm, với vật liệu phôi là thép tấm DC04.
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong miền:
- Áp suất tạo hình (áp suất lòng cối) pth= 0÷500 Bar
- Lực chặn (lực đóng khuôn) Qch= 0÷1150kN
- Bán kính góc lượn miệng cối (DTT thanh B) rcB=1; 2; 3 mm
- Chiều dày phôi DTT chi tiết cầu S0C=1 mm, DTT thanh B S0B=0.8 mm
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa nghiên cứu lý
thuyết với nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ DTT dựa trên tổng hợp và phân
tích từ các tài liệu, các công trình đã công bố trong và ngoài nước.
- Sử dụng công cụ mô phỏng số để đánh giá sơ bộ ảnh hưởng các thông
số công nghệ, sàng lọc để xác định miền làm việc hiệu quả là cơ sở ban đầu
cho quá trình thực nghiệm.
- Phát triển hệ thống thực nghiệm phù hợp với mục tiêu và nội dung
nghiên cứu. Xây dựng phương án khai thác các thiết bị đo, phần mềm sẵn
có ở Việt nam để đo và xử lý số liệu đảm bảo chính xác và tin cậy, sẵn sàng
áp dụng được trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông
số công nghệ và hình học trong quá trình tạo hình bằng phương pháp sử
dụng nguồn chất lỏng cao áp.
- Phân tích, tổng hợp, đánh giá kết quả thực nghiệm, đối chứng với cơ sở
lý thuyết và biện luận.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học
- Hệ thống hoá (trên cơ sở tổng hợp và phân tích) các cơ sở lý thuyết,
nguyên lý hệ thống thiết bị, nghiên cứu phương pháp và qui trình mô phỏng
số, phương pháp thiết kế, xây dựng hệ thống thực nghiệm làm cơ sở cho
việc phát triển công nghệ.
- Xác định được các quy luật tác động của các thông số công nghệ (lực

chặn, áp suất lòng cối) và thông số hình học của dụng cụ (bán kính lượn
miệng cối) đến quá trình tạo hình thủy tĩnh cặp phôi tấm hàn và không hàn
góp phần xây dựng các cơ sở khoa học, từ đó cho phép nắm bắt và từng
bước làm chủ công nghệ này, cũng như làm tiền để để tiến tới tối ưu hoá
các thông số công nghệ ở các nghiên cứu tiếp sau.


3
- Các kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở khoa học cho các hướng nghiên
cứu chuyên sâu tiếp theo và có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong đào
tạo chuyên ngành tạo hình biến dạng
 Ý nghĩa thực tiễn
- Xây dựng thành công hệ thống thực nghiệm phù hợp với điều kiện trang
thiết bị, cơ sở vật chất trong nước. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong việc
phát triển hệ thống thiết bị phục vụ nghiên cứu và sản xuất ở Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu có thể triển khai trong công nghiệp ôtô, sản xuất
hàng tiêu dùng, dụng cụ y tế, quốc phòng, … phục vụ chủ động sản xuất
trong nước một cách hiệu quả với năng suất và chất lượng nâng cao.
- Các kết quả nghiên cứu về công nghệ tạo hình chi tiết từ cặp phôi tấm
hàn, phôi tấm không hàn bằng công nghệ sử dụng chất lỏng cao áp, giúp
các nhà kỹ thuật có cơ sở trong việc phát triển hệ thống thiết bị, lựa chọn
nhanh bộ thông số công nghệ hợp lý áp dụng vào việc thiết kế sản phẩm và
khuôn mẫu đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo tính công nghệ.
5. Các đóng góp mới của luận án
- Mô hình hoá được mối quan hệ giữa chiều sâu tương đối HB, HC và mức
độ biến mỏng Ɛ của sản phẩm tạo hình với các thông số công nghệ trong
hai trường hợp DTT cặp phôi tấm hàn và phôi tấm không hàn. Từ đó có thể
lựa chọn được thông số công nghệ đầu vào phù hợp trong quá trình DTT
chi tiết, cũng như làm tiền đề để tối ưu hoá các thông số công nghệ về sau.
- Phân tích, xác định và nắm được bản chất ảnh hưởng của các thông số

công nghệ chính (áp suất, lực chặn) đến chiều sâu tương đối, mức độ biến
mỏng sản phẩm, bán kính lòng trong chi tiết Ri.
- Phân tích, xác định và nắm được bản chất ảnh hưởng thông số hình học
của dụng cụ - khuôn (cụ thể là của bán kính góc lượn miệng cối r cBi) đến
quá trình tạo hình sản phẩm (ảnh hưởng rcBi đến áp suất tạo hình pth, áp suất
hiệu chỉnh phc, mức độ biến mỏng Ɛ)
- Phát triển được hệ thống thực nghiệm phù hợp với điều kiên nghiên cứu
trong nước, làm cơ sở áp dụng cho sản xuất công nghiệp ở Việt Nam.
6. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, kết luận và năm chương nội dung:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ dập tạo hình thủy lực
Chương 2. Cơ sở lý thuyết và hệ thống thiết bị trong dập tạo hình thủy
tĩnh
Chương 3. Mô phỏng số quá trình dập tạo hình thủy tĩnh
Chương 4. Xây dựng hệ thống thực nghiệm
Chương 5. Thực nghiệm và đánh giá kết quả


4
B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH THỦY LỰC
1.1. Những nét chung về công nghệ dập tạo hình thủy lực
Dập tạo hình thủy lực là một quá trình tạo hình vật liệu mà sử dụng chất
lỏng áp suất cao (dầu, nước) tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi, làm biến
dạng dẻo phôi để tạo hình chi tiết.
1.2. Các công nghệ trong dập tạo hình thủy lực
Trong công nghệ dập tạo hình thủy lực, tùy theo tính chất, tác dụng của
dụng cụ gây biến dạng (chày-cối) mà người ta phân loại ra thành: Dập thủy
cơ và dập thủy tĩnh.
1.3. Công nghệ dập tạo hình thủy tĩnh cặp phôi tấm

1.3.1. Đặc điểm công nghệ
Dập thủy tĩnh cặp phôi là phương pháp sử dụng nguồn chất lỏng áp suất
cao bơm vào giữa hai phôi (cặp phôi tấm ban đầu), áp suất chất lỏng sẽ tác
dụng đồng thời lên hai phôi làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng
cối. Công nghệ này còn khá mới mẻ, hiện nay dập thủy tĩnh cặp phôi chủ yếu
được ứng dụng trong công nghiệp ô tô, công nghiệp quốc phòng, hóa chất...

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý DTT và một số ứng dụng của công nghệ

1.3.2. Những kết quả nghiên cứu về dập thủy tĩnh cặp phôi tấm
1.3.2.1. Trên thế giới
Công nghệ DTT để chế tạo các chi tiết rỗng có hình dạng phức tạp từ cặp
phôi tấm đã được nghiên cứu phát triển bởi Kleiner tại Đại học Dortmund
trong khoảng đầu những năm 1990. Các nhà khoa học trên thế giới chủ yếu
tập trung nghiên cứu những nội dung sau: Nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số đầu vào; nghiên cứu về ứng suất dư và hiện tượng đàn hồi; nghiên
cứu các giải pháp công nghệ; nghiên cứu tích hợp quá trình công nghệ.
1.3.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt nam
Với những ưu điểm nổi trội so với công nghệ GCAL truyền thống,
DTHTL đã được các nhà khoa học tại Việt nam quan tâm từ khoảng hơn 10
năm trở lại đây, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát quá trình DTT
phôi ống, phôi tấm đơn và quá trình DTC. Những nghiên cứu này được thực
hiện thông qua các đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ, các luận án Tiến sỹ, luận
văn Thạc sỹ. Tuy nhiên, nghiên cứu riêng về công nghệ DTT để chế tạo các
chi tiết rỗng từ cặp phôi tấm tại Việt nam vẫn còn rất mới mẻ, những nghiên
mới chỉ ở giai đoạn tìm hiểu công nghệ ban đầu.


5
1.4. Xác định vấn đề cần nghiên cứu

Qua phân tích các công trình của các nhà khoa học trong nước và trên thế
giới, luận án đã xác định được các nội dung cần nghiên cứu:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ (lực chặn, áp suất
lòng cối) đến quá trình DTT chi tiết từ cặp phôi tấm hàn, không hàn và so
sánh hai quá trình với nhau để các nhà kỹ thuật có căn cứ lựa chọn phương
pháp phù hợp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn và áp suất lòng cối đến mức độ
biến mỏng của chi tiết trong miền tạo hình thành công.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính lượn mép cối (thông số dụng cụ)
đến quá trình tạo hình.
- Xác định và xây dựng mối quan hệ áp suất tạo hình và lực chặn đến
chiều sâu tương đối và ảnh hưởng của thông số này đến bán kính lòng trong
của chi tiết trong quá trình tạo hình.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị dập tạo hình thủy tĩnh phù
hợp với điều kiện Việt nam.
Để thực hiện những nội dung nghiên cứu này luận án đã lựa chọn đối
tượng nghiên cứu là DTT chi tiết hình cầu, S0C=1 mm và DTT mô hình chi
tiết thanh B của xe ô tô từ phôi tấm S0B=0.8 mm, vật liệu là DC 04. Bản vẽ
chi tiết của đối tượng nghiên cứu, hình 1.3:

5

R3

1

R2

Chi tiết cầu

Chi tiết thanh B
Hình 1.2. Chi tiết nghiên cứu

Việc lựa chọn 02 chi tiết có đặc điểm khác nhau sẽ làm cho kết quả nghiên
cứu có tính tổng quát và đây là những chi tiết có hình dạng đặc trưng, thường
gặp trong thực tế. Kết quả nghiên cứu sẽ làm cơ sở khoa học cho các nhà
thiết kế nắm được các quy luật tác động và xác định các thông số công nghệ
cần thiết ứng dụng trong thực tế sản xuất.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Công nghệ DTT cặp phôi có khả năng ứng dụng rất lớn trong thực tế để
sản xuất các chi tiết rỗng có hình dạng phức tạp, công nghệ này thu hút được
sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Trên cơ sở tổng hợp, phân
tích kết quả nghiên cứu về công nghệ này luận án đã xác định được các vấn
đề cần nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà kỹ thuật nắm bắt và


6
từng bước làm chủ công nghệ dập tạo hình đồng thời cặp chi tiết dạng tấm
mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao, tạo điều kiện sớm áp dụng vào thực
tiễn công nghiệp trong nước.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG
DẬP TẠO HÌNH THỦY TĨNH

2.1. Cơ sở lý thuyết về dập tạo hình thủy tĩnh
2.1.1 Trạng thái ứng suất biến dạng
Khi nghiên cứu về công nghệ này ta phải nghiên cứu trạng thái ứng suất
và biến dạng trong quá trình dập thủy tĩnh, nghiên cứu quá trình DTT ở trạng
thái tạo hình tự do (free hydroforming) chi tiết từ cặp vật liệu tấm có thể xác
định trường ứng suất biến dạng của phôi. Dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh,

phôi sẽ được kéo từ vành vào trong lòng cối để tạo hình chi tiết. Do tính chất
đối xứng nên ta chỉ xem xét một nửa phôi. Có thể phân biệt 4 vùng trên vật
biến dạng với các cơ chế biến dạng tích cực khác nhau.

Hình 2.1. Các vùng biến dạng trên phôi

Trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình dập thủy tĩnh có các vùng
khác nhau trên sản phẩm: Vành phôi (vùng A), phần bán kính góc lượn của
cối (vùng B), phần thân sau khi đi qua góc lượn miệng cối (vùng C), phần tự
do trong lòng cối thủy tĩnh (vùng P). Qua phân tích các vùng biến dạng cho
thấy vùng tự do (Vùng P) là phần nguy hiểm nhất do phần này chịu ứng suất
kéo theo hai chiều nên bị biến mỏng mãnh liệt dẫn đến khả năng rách tại phần
đỉnh của chi tiết.
2.1.2. Áp suất thủy tĩnh tạo hình
Áp suất tạo hình có thể được tính sơ bộ theo công thức:
2. 𝑠0 . 𝑅𝑚
(2.1)
𝑝𝑡ℎ =
𝑠0 . 10 [𝑏𝑎𝑟]
(𝑟𝑚𝑖𝑛 − )
2
Trong đó: s0 – Chiều dày phôi; Rm – giới hạn bền; rmin– Bán kính nhỏ nhất
đáy sản phẩm
2.1.3. Lực chặn phôi
Tính toán lực chặn phôi: Qch = k.p.A
(2.2)
Trong đó: k – hệ số (k=1.1÷1.3); p – Áp suất tạo hình; A – Diện tích hình
chiếu bề mặt lòng cối.

7
2.1.4. Bán kính lượn mép cối
Trị số bán kính lượn của cối khi dập vuốt hình trụ có thể xác định theo
công thức:
(2.3)
Rc  0.8 ( D  d ) s
Trong đó: D - Đường kính phôi; d - Đường kính sản phẩm; s - Chiều dày
vật liệu
Trường hợp chi tiết hình hộp trị số bán kính lượn của cối có thể xác định
theo công thức: Rc = 0,035. [50 + 2. (H − r)]. √s mm
(2.4)
Trong đó: r - Bán kính lượn giữa thành và đáy; h - Chiều cao phần thân
vật dập; H= h + r - Chiều cao toàn thể của sản phẩm; s - Chiều dày vật liệu
2.2. Các thiết bị trong hệ thống dập tạo hình thủy lực áp suất cao
Để có thể thực hiện được công nghệ này, ngoài khuôn dập thì hệ thống
các thiết bị trong quá trình tạo hình thủy lực có các thành phần sau:
- Máy ép thủy lực (METL).
- Thiết bị thủy lực: Hệ thống tăng áp, hệ thống điền đầy, hệ thống xilanh
dọc trục, hệ thống xử lý chất lỏng.
- Hệ thống điều khiển, đo lường các thống số công nghệ.

Hình 2.2. Các thành phần chung của một hệ thống DTHTL
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Quá trình nghiên cứu về ứng suất và biến dạng tại các vùng khác nhau
trong công nghệ DTT cho thấy: Có thể tính toán được ứng suất và biến dạng
cũng như áp suất thủy tĩnh ở giai đoạn tạo hình tự do, tuy nhiên việc tính
toán áp suất tạo hình cần thiết ở giai đoạn phôi chạm đáy cối gặp nhiều khó
khăn. Các cơ sở lý thuyết cũng chưa đề cập đến quan hệ áp suất lòng cối (pth,
phc), lực chặn với mức độ biến mỏng, bán kính lòng trong của sản phẩm cũng

như đến chiều sâu tương đối trong quá trình DTT; ảnh hưởng của thông số
dụng cụ (bán kính góc lượn miệng cối) đến quá trình tạo hình (áp suất lòng
cối, biến mỏng sản phẩm) cũng chưa được nghiên cứu. Do đó, cần thiết phải
sử dụng phương pháp mô phỏng số để xác định ảnh hưởng cũng như giới
hạn vùng làm việc của các thông số công nghệ, phục vụ nghiên cứu thực
nghiệm. Ngoài ra, từ những nghiên cứu về thiết bị trong quá trình dập thủy
tĩnh trong nội dung chương này sẽ cho phép xác định và lựa chọn các thành
phần cần thiết của hệ thống thực nghiệm của luận án.


8
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP TẠO HÌNH THỦY TĨNH

3.1. Mô phỏng số trong gia công áp lực
Mô phỏng số sẽ giúp xác định ảnh hưởng các thông số công nghệ cũng
như dự báo các sai hỏng có thể xảy ra trong quá trình DTT. Luận án lựa chọn
phần mềm Dynaform để phục vụ nghiên cứu.
3.2. Nghiên cứu quá trình DTT bằng phần mềm mô phỏng số
Dynaform
3.2.1. Vật liệu chi tiết mô phỏng
Vật liệu là thép DC04, các tính chất của vật liệu thực nghiệm như sau:
Bảng 3.1. Đặc tính kỹ thuật của thép DC04
Mác thép
DC04

Rm(N/mm2)
314-412

Cơ tính
Re(N/mm2)

210-220

δ (%)
38

Mác tương đương
Russia-GOST 08kp
Japan-JIS SPCE

Chiều dày vật liệu phôi thực nghiệm sử dụng: Chi tiết cầu S0C = 1.0 mm;
mô hình thanh B, S0B = 0.8 mm.
3.2.2. Thiết lập quá trình và mô phỏng DTT
Trình tự mô phỏng được tiến hành theo các bước:Xây dựng mô hình hình
học; chia lưới mô hình PTHH; lựa chọn mô hình vật liệu; thiết lập các điều
kiện biên; mô phỏng và đánh giá kết quả.
Chi tiết cầu và thanh B được DTT từ cặp phôi gồm hai nửa đối xứng nhau,
do đó để rút ngắn thời gian mô phỏng, tiến hành mô phỏng ½ chi tiết.
3.3. Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng số
3.3.1. Chi tiết cầu
3.3.1.1. Ảnh hưởng của lực chặn Qch đến quá trình DTT
- Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng với Qch ≤ 72 kN thì chi tiết DTT bị nhăn
phần vành khi áp suất trong lòng cối (áp suất tạo hình) tăng (hình 3.1a).
-Với lực chặn Qch ≥156 kN (hình 3.1b), vùng màu đỏ tăng lên và tập trung
tại phần đỉnh của chi tiết, điều này cho thấy chi tiết dập bị biến mỏng mãnh
liệt và có xu hướng rách ở phần đỉnh cầu khi áp suất tạo hình tăng.
-Với lực chặn nằm trong khoảng Qch = (79.5÷148)kN, chi tiết dập tạo hình
thành công với các giá trị áp suất hiệu chỉnh xác định - áp suất cần thiết để
phôi hoàn toàn biến dạng dẻo theo biên dạng lòng cối (kết quả mô phỏng tại
Qch=79.5 kN với phc= 350 bar, hình 3.1c).

a) Qch= 72kN

b)Qch= 156kN
c) Qch=79.5 kN- phc= 350 bar
Hình 3.1.Sản phẩm DTT tại lực chặn Qch= 72kN


9
Tiến hành mô phỏng trong khoảng lực chặn trên để xác định các giá trị áp
suất hiệu chỉnh cần thiết DTT thành công chi tiết. Đồ thị hình 3.2 biểu diễn
mối quan hệ giữa lực chặn và áp suất hiệu chỉnh được xác định từ mô phỏng:

Hình 3.2. Đồ thị quan hệ lực chặn và áp suất hiệu chỉnh

Từ đồ thị cho thấy, khi lực chặn tăng thì áp suất hiệu chỉnh tăng và áp suất
hiệu chỉnh giảm dần khi lực chặn tiến gần đến giá trị gây phá hủy phôi.
Kết luận: Bằng mô phỏng số đã xác định miền làm việc của lực chặn
Qch=(79.5÷148)kN (đồ thị hình 3.2). Mô phỏng số cũng đã dự báo xu hướng
nhăn, rách của sản phẩm dập (hình 3.1).
3.3.1.2. Ảnh hưởng áp suất tạo hình pth và lực chặn Qch đến HC
Tiếp tục mô phỏng với các giá trị lực chặn thay đổi trong khoảng tạo hình
thành công, đã xác định được các giá trị áp suất tạo hình tương ứng với mỗi
chiều sâu tương đối HC

Hình 3.3. Kết quả mô phỏng pth với HC thay đổi tại Qch=79.5 kN

Từ kết quả mô phỏng, xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa áp suất tạo hình
pth và chiều sâu tương đối HC:

Hình 3.4. Đồ thị mối quan hệ giữa pth – Hc

Từ đồ thị kết quả mô phỏng số biểu diễn trên hình 3.4 cho biết quy luật
tác động của lực chặn và áp suất tạo hình đến HC đó là chiều sâu tương đối
tăng thì áp suất tạo hình tăng; lực chặn tăng thì áp suất tạo hình phải tăng
tương ứng với mỗi giá trị chiều sâu tương đối cố định.
3.3.1.3. Ảnh hưởng của lực chặn Qch đến mức độ biến mỏng sản phẩm dập
Với các giá trị trong khoảng lực chặn mô phỏng DTT thành công chi tiết,
phần mềm mô phỏng sẽ cho ta kết quả về mức độ biến mỏng của sản phẩm
dập. Sử dụng các công cụ của phần mềm mô phỏng, tiến hành đo để xác định


10
mức độ biến mỏng tại vùng biến mỏng nhiều nhất là phần đỉnh (điểm 1) và
vùng biến dày tại phần vành (điểm 5) của sản phẩm dập, tương ứng tại các vị
trí đo biểu diễn trên hình 3.5b.

b) Vị trí điểm đo
a) Qch=79.5 kN với phc=350 bar
Hình 3.5 Mức độ biến mỏng trên sản phẩm

Xây dựng được đồ thị quan hệ giữa lực chặn và mức độ biến mỏng tương
ứng với các điểm đo 1 và điểm đo 5 như sau:

Hình 3.6. Đồ thị mối quan hệ giữa lực chặn và mức độ biến mỏng

Từ đồ thị cho thấy:
- Khi tăng lực chặn thì biến mỏng phần thân tăng dần và biến dày phần
vành giảm dần.
- Trong khoảng lực chặn tạo hình thành công, chi tiết bị biến mỏng lớn
nhất là -44.9% tại giá trị lực chặn Qch=148 kN tương ứng với điểm đo 1. Chi

tiết bị biến dày nhiều nhất tại Qch=79.5 kN tương ứng giá trị biến dày đo được
tại điểm 5 là 8.8% .
3.3.2. Chi tiết thanh B
3.3.2.1. Xác định miền giá trị lực chặn và áp suất lòng cối phù hợp cho
quá trình tạo hình thanh B
Với giá trị lực chặn nhỏ (hình 3.7a), quá trình tạo hình không thành công
do lực chặn không đủ lớn để đóng khuôn khi áp suất tạo hình tăng:
Cụ thể với lực chặn Qch≥190 kN (hình 3.7b) chi tiết tạo hình thành công,
với mỗi giá trị lực chặn tăng thì áp suất hiệu chỉnh sẽ tăng tương ứng và phôi
được biến dạng vào lòng cối nhiều hơn. Từ kết quả mô phỏng, xây dựng đồ
thị quan hệ giữa lực chặn và áp suất hiệu chỉnh:

a)Qch= 152 kN với pth= 104 bar
b)Qch=190 kN với phc=133 bar
Hình 3.7. Kết quả mô phỏng thanh B


11
Từ khết quả mô phỏng, xây dựng đồ thị hình 3.8, đồ thị cho phép xác định
miền giá trị tạo hình thành công và miền rò rỉ khi DTT chi tiết thanh B.

Hình 3.8. Đồ thị mối quan hệ giữa lực chặn và áp suất hiệu chỉnh

3.3.2.2. Biểu đồ phân bố chiều dày phôi sau khi dập
Mô phỏng quá trình DTT thanh B (phôi tấm dày 0.8mm) cho kết quả trên
hình 3.9, theo đó chiều dày chi tiết không đồng đều, hầu như toàn bộ phần
đáy và phần góc lượn ở đáy của chi tiết đều bị biến mỏng, chỗ mỏng nhất đến
0.677 mm; phần vành và một vùng phía đáy lớn chi tiết có xu hướng dày
thêm, phần vành biến dày là 0.824 mm.

a) Qch=570 kN với phc=354 bar
b) Qch=950kN với phc=476 bar
Hình 3.9. Biể u đồ mức độ biến mỏng sản phẩm với Qch=570 kN với phc=354 bar

Khi lực chặn và áp suất hiệu chỉnh tăng (hình 3.9b) kết quả mô phỏng chỉ
ra phần bán kính góc lượn đáy sản phẩm và phần bán kính lượn của cối biến
mỏng nhiều hơn (xu hướng vàng đậm hơn và chuyển sang đỏ), đặc biệt là vị
trí đỉnh vùng lồi có xu hướng bị phá hủy.
Kết luận, bằng mô phỏng đã dự báo:
- Khi lực chặn và áp suất hiệu chỉnh tăng thì biến mỏng tại mép cối
và góc lượn đáy chi tiết sẽ tăng.
- Các vị trí nguy hiểm là các đỉnh lồi của vùng lõm, cạnh bên của đáy
lồi và mép cối.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Trên cơ sở đối tượng thực nghiệm được chọn, đã mô phỏng quá trình DTT
chi tiết cầu và chi tiết thanh B trên phần mềm DYNAFORM. Kết quả nghiên
cứu nêu trên sẽ giúp xác định và giới hạn miền áp suất tạo hình và lực chặn,
làm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống thực nghiệm. Ảnh hưởng của các thông
số được xác định bằng mô phỏng số sẽ làm căn cứ để đối chiếu và kiểm chứng
các kết quả thực nghiệm


12
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM

4.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống thực nghiệm
Mục đích xây dựng hệ thống là để khảo sát, xác định ảnh hưởng của thông
số công nghệ trong quá trình tạo hình: lực chặn, áp suất lòng cối, chiều sâu
tương đối của chi tiết cũng như thông số dụng cụ (bán kính góc lượn miệng

cối) đến quá trình tạo hình.
Các môđun của hệ thống được xây dựng (lựa chọn, thiết kế, chế tạo) phải
phù hợp với điều kiện về các thiết bị sẵn có, vận hành ổn định, tin cậy và có
khả năng chế tạo trong nước.
4.2. Các thành phần của hệ thống thực nghiệm.
Các thành phần của hệ thống bao gồm: Máy ép thủy lực, khuôn thực
nghiệm, hệ thống đo thông số áp suất – hành trình, bộ cấp chất lỏng cao áp.
4.3. Tính toán, thiết kế hệ thống thực nghiệm.
Tiến hành thiết kế, chế tạo khuôn và các lòng khuôn thực nghiệm, lựa
chọn bộ cấp chất lỏng cao áp và METL phù hợp, đặc biệt đã xây dựng thành
công hệ thống đo thông số công nghệ đảm bảo khảo sát được các thông số
công nghệ: áp suất lòng cối, pxlch (từ áp suất của xilanh xác định lực chặn),
cảm biến hành trình hht (chiều sâu tạo hình).

Hình 4.1. Hệ thống đo sau khi được xây dựng

Toàn bộ hệ thống được kiểm chuẩn tại Viện Đo lường Việt Nam đạt độ
không bảo đảm đo: U = 0.3 x 10-2 với xác suất tin cậy P = 95%, hệ số phủ k
= 2.
4.4. Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm

Hình 4. 2. Hệ thống thực nghiệm được lắp ráp hoàn chỉnh
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Căn cứ vào yêu cầu nghiên cứu, hệ thống thực nghiệm đã được xây dựng
hoàn chỉnh , thông qua công tác tính toán, thiết kế, gia công và chọn lắp các
chi tiết, thiết bị tiêu chuẩn. Đã kiểm nghiệm độ bền của hệ thống khuôn dập
tạo hình thủy tĩnh chi tiết cầu và thanh B. Xây dựng được hệ thống đo các
thông số công nghệ (áp suất tạo hình, lực chặn, chiều sâu tạo hình) đáp ứng
được độ chính xác cần thiết phục vụ cho việc đánh giá các kết quả thực

nghiệm.


13
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

5.1. Điều kiện thực nghiệm
Quá trình thực nghiệm được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm,
các điều kiện như: nhiệt độ môi trường, chất bôi trơn, độ nhám bề mặt cối…
được coi không thay đổi trong quá trình thực nghiệm.
5.2. Các tham số thực nghiệm
+ Khoảng giá trị áp suất lòng cối khảo sát: 0÷500 bar.
+ Khoảng giá trị lực chặn khảo sát: 0÷1150 kN.
+ Chiều sâu tương đối khảo sát:
- Chi tiết hình cầu: HC = hC/d = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35;
0.4; 0.45; 0.5.
- Mô hình chi tiết thanh B, độ sâu tương đối khảo sát tại tâm chi tiết:
HB=hB/b = 0.07; 0.14; 0.21; 0.26.
+ Thông số dụng cụ khảo sát (bán kính miệng cối), lòng khuôn DTT thanh
B: rcB = 1; 2; 3 mm.
5.3. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm DTT phôi tấm
Chất lượng sản phẩm được đánh giá thông qua: Mức độ biến mỏng, sai số
về hình dạng, kích thước sau khi dập.
5.4. Chuẩn bị phôi và tiến trình thực nghiệm
Chế tạo phôi DTT chi tiết cầu và thanh B. Thực nghiệm qua 05 bước: Cấp
phôi vào lòng cối, khởi động máy ép thủy lực di chuyển đầu trượt trên áp vào
mặt cối, khởi động và reset hệ thống đo, chặn phôi, khởi động bơm tăng áp
để DTT, lưu file dữ liệu đo và lấy sản phẩm thí nghiệm.
5.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (công nghệ và hình học)
trong quá trình DTT

5.5.1. Quá trình dập thủy tĩnh chi tiết cầu từ cặp phôi tấm hàn
5.5.1.1. Ảnh hưởng của lực chặn đến quá trình DTT
Bằng thực nghiệm đã xác định:
Lực chặn nhỏ (Qch≤ 72.23 kN) sản phẩm dập không đạt chất lượng. Giá
trị lực chặn lớn Qch > 155.85 kN, phôi bị phá hủy phần đỉnh.
Với Qch= 79.83÷148.25 kN (pxlch = 21 ÷39 bar) chi tiết được tạo hình thành
công, sản phẩm dập không bị nhăn, rách.

Hình 5.1. Đồ thị quá trình tạo hình với lực chặn Qch=110.24 kN và mẫu TN

Từ các kết quả thực nghiệm, bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm
cực tiểu bình phương sai số, xây dựng được các phương trình:
- Phương trình quan hệ giữa Qch và phc trong miền làm việc thành công:


14
phc = -0.0181Qch2 + 4.3713Qch + 120.9
(5.1)
- Phương trình quan hệ giữa Qch và pth đạt chiều sâu hC=25 mm trong
miền làm việc thành công:
pth = -0.0075Qch2 + 1.7192 Qch + 202.85
(5.2)
Xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa lực chặn và áp suất lòng cối (pth, phc):

a) Thực nghiệm
b) So sánh với mô phỏng số
Hình 5.2. Miền làm việc của lực chặn - áp suất tạo hình

So sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số (hình 5.2b):
Đồ thị hình 5.2b cho thấy kết quả mô phỏng và thực nghiệm là tương đồng

nhau. Sai số trung bình giữa mô phỏng và thực nghiệm giữa lực chặn và áp
suất tạo hình đạt chiều sâu tương đối HC=0.5 nhỏ hơn 1.6%, giữa lực chặn và
áp suất hiệu chỉnh nhỏ hơn 2%.
Kết luận:
Bằng thực nghiệm đã xây dựng được phương trình 5.1 và 5.2 cho biết mức
độ ảnh hưởng của các thông số, từ phương trình có thể xác định được áp suất
hiệu chỉnh phc, pth khi đặt trước giá trị lực chặn trong miền tạo hình thành
công.
- Kết quả mô phỏng xác định và đánh giá chính xác ảnh hưởng của lực
chặn và áp suất tạo hình, áp suất hiệu chỉnh với sai số trung bình nhỏ hơn
2%.
5.5.1.2. Ảnh hưởng của Qch và pth đến chiều sâu tương đối HC
Từ kết quả thực nghiệm, kết hợp với các công cụ khảo sát của phần mềm
Dasylab, xác định được miền giá trị của áp suất tạo hình và lực chặn tương
ứng với mỗi chiều sâu tương đối HC. Xây dựng đồ thị quan hệ giữa áp suất
tạo hình và chiều sâu tương đối HC trong khoảng lực chặn Qch= 79.83÷148.25
kN:

a) Thực nghiệm; b) So sánh với mô phỏng số
Hình 5.3. Đồ thị áp suất lòng cối theo lực chặn và chiều sâu tương đối


15
Đồ thị hình 5.3a cho thấy với cùng một giá trị chiều sâu tương đối HC, nếu
lực chặn tăng Qch=79.83÷133.05kN thì áp suất tạo hình cần thiết sẽ phải tăng
tương ứng. Nguyên nhân là do lực chặn tăng đồng nghĩa trở lực kéo phôi vào
lòng cối tăng, do đó áp suất tạo hình cần thiết sẽ tăng lên để đảm bảo khả
năng biến dạng của phôi đạt chiều sâu tương đối HC.
- Trong khoảng lực chặn lớn Qch=140.65÷148.25kN, áp suất tạo hình tăng
tương ứng với mỗi giá trị độ sâu tương đối cố định trong khoảng HC=0.1

÷0.4, từ giá trị HC= 0.45÷0.5 thì áp suất tạo hình bắt đầu giảm, có điều này là
vì ở giai đoạn đầu, lực chặn lớn nên phôi khó kéo vào lòng cối dẫn đến mức
độ biến mỏng tăng, ở giai đoạn độ sâu tương đối HC lớn thì phôi đã bị biến
mỏng mãnh liệt, do đó áp suất cần thiết để tạo hình trong giai đoạn này sẽ có
xu hướng giảm.
- Đồ thị hình 5.3b cho thấy kết quả mô phỏng số và thực nghiệm là tương
đồng với nhau, sai số trung bình giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính
toán nhỏ hơn 5.8 %.
Sử dụng phương pháp quy hoạch cực tiểu bình phương sai số, lập trình
trên phần mềm Maple cho kết quả là phương trình quan hệ giữa áp suất tạo
hình, độ sâu tương đối HC tương ứng với các giá trị lực chặn:
Phương trình quan hệ:
+Với Qch=79.83kN:
pth21 = -322.44HC2 + 794.99HC - 25.44
(5.3)
+Với Qch=87.43kN:
pth23 = -320.45HC 2 + 779.56HC - 18.146 (5.4)
+Với Qch=95.03kN:
pth25 = -334.08HC 2 + 789.82HC - 17.13
(5.5)
+Với Qch=102.64kN:
pth27 = -420.92HC 2 + 838.13HC - 18.747 (5.6)
+Với Qch=110.24kN:
pth29 = -457.35HC 2 + 860.22 HC - 19.718 (5.7)
+Với Qch=117.84kN:
pth31 = -438.79HC 2 + 858.53HC - 17.563 (5.8)
+Với Qch=125.44kN:
pth33 = -667.89HC 2 + 978.41HC - 20.046 (5.9)
+Với Qch=133.05kN:
pth35 = -708.47HC 2 + 1015.7HC - 19.357 (5.10)

+Với Qch=140.65kN:
pth37 = -953.86HC 2 + 1150.6HC - 25.991 (5.11)
+Với Qch=148.25kN:
pth39 = -1194.3HC 2 + 1267.9HC - 33.367 (5.12)
Kết luận:
- Phương trình (5.3÷5.12) cho phép xác định được áp suất tạo hình tương
ứng với chiều sâu tương đối cho trước trong miền lực chặn thành công.
- Kết quả mô phỏng đã kiểm chứng và dự báo chính xác kết quả thực
nghiệm.
5.5.1.3. Ảnh hưởng của lực chặn đến mức độ biến mỏng của sản phẩm
Vị trí đo khảo sát biểu diễn trên hình 5.4. Mẫu được đo trên máy đo Future
Tech FM700L. Vì chi tiết là dạng hình cầu, đối xứng qua tâm nên chỉ tiến
hành khảo sát trên ¼ chi tiết thực nghiệm. Kết quả đo phân bố biến mỏng
mẫu thực nghiệm được biểu diễn trên hình 5.5, mức độ biến bỏng hình 5.6a:


16

Hình 5.4. Vị trí đo mẫu;

Hình 5.5. Phân bố biến mỏng sản phẩm

Tại đỉnh chi tiết (điểm 1) biến mỏng lớn nhất Ɛ1bmmax=-45.6% khi
Qch=148.25 kN, biến mỏng nhỏ nhất Ɛ1bmmin= -21.5% khi Qch=79.83 kN, biến
mỏng là do thành phần ứng suất kéo hướng trục σz khi áp suất lòng cối tăng
gây ra. Chi tiết bị biến dày tại điểm 5, biến dày lớn nhất tại điểm này là
Ɛ5bdmax=8.2% ứng với Qch=79.83kN và biến dày nhỏ nhất la Ɛ5bdmin=3.7% tại
Qch= 148.25 kN. Có điều này là do khi áp suất tạo hình tăng, phôi bị kéo vào
lòng cối, trên phần vành chịu ứng suất nén theo phương tiếp tuyến σθ gây ra
hiện tượng biến dày và biến dày giảm dần khi lực chặn tăng.

Đồ thị hình 5.6a cho thấy: Lực chặn tăng sẽ làm tăng mức độ biến mỏng
trên thân chi tiết và làm giảm biến dày phần vành, do đó có thể sử dụng lực
chặn trong DTT chi tiết từ cặp phôi tấm hàn để điều khiển mức độ biến mỏng
(dòng chảy kim loại vào cối) trên thân chi tiết dập.

a) Kết quả đo tại 5 điểm
b) So sánh với MPS điểm 1 và 5
Hình 5.6. Đồ thị mức độ biến mỏng tại các điểm đo khi lực chặn thay đổi

So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng tại vị trí tâm của chi tiết (điểm
đo 1) và tại vị trí vành của chi tiết (điểm đo 1), hình 5.6b. Kết quả mô phỏng
và thực nghiệm là tương đồng, sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm tại các
vị trí đo 1 và 5 lớn nhất là 3.2%.
Xây dựng phương trình quan hệ giữa lực chặn với mức độ biến mỏng tại
các vị trí đo:
Ɛ1 = -0.0002Qch 2 - 0.3324Qch + 8.0165
(5.13)
Ɛ2 = -0.002Qch 2 + 0.2816Qch - 10.832
(5.14)
Ɛ3 = -0.0027Qch 2 + 0.4614Qch - 26.066
(5.15)
Ɛ4 = -0.0008Qch 2 - 0.0116Qch - 13.05
(5.16)
Ɛ5 = -0.0006 Qch 2 + 0.0628 Qch + 6.7487
(5.17)
Kết luận:
- Chi tiết cầu DTT từ cặp phôi hàn bị biến mỏng nhiều nhất ở phần
đỉnh và biến dày phần vành, khác với dập vuốt truyền thống là biến mỏng lớn
nhất ở phần thân.

17

-

Các phương trình (5.13÷5.17) cho phép xác định giá trị mức độ biến
mỏng tại các vị trí tương ứng trong miền lực chặn DTT thành công.
5.5.2. Quá trình dập tạo hình thủy tĩnh thanh B từ phôi tấm
5.5.2.1. Ảnh hưởng của lực chặn đến quá trình DTT
Thực nghiệm quá trình DTT với bán kính miệng cối rcB =2 mm. Chiều sâu
hB tạo hình được đo tại vị trí tâm chi tiết. Kết quả thực nghiệm:
Với các giá trị lực chặn Qch ≤ 152.1 kN (pxlch ≤ 40 bar), cối có hiện tượng
rò rì khi tăng áp suất tạo hình đến một giá trị nhất định, chi tiết không được
DTT thành công.
Thực nghiệm với lực chặn Qch ≥ 190.1 kN (pxlch ≥ 50 bar) chi tiết được
dập tạo hình đủ chiều sâu hB=7.2mm. Tuy nhiên với mỗi giá trị lực chặn thì
áp suất trong lòng cối sẽ chỉ tăng lên được một trí trị tới hạn được gọi là áp
suất hiệu chỉnh lớn nhất phcmax

Hình 5.7. Đồ thị quá trình tạo hình Qch=950.3 kN (Mẫu B37.r2)

Từ kết quả thực nghiệm, xây dựng được phương trình quan hệ giữa lực
chặn và áp suất tạo hình:
- Phương trình quan hệ giữa lực chặn và áp suất tạo hình đạt chiều sâu
tương đối HB=0.26 (hB=7.2 mm tại tâm chi tiết):
pth.rcB2 = 8E-05Qch 2 - 0.028Qch + 122.11
(5.18)
- Phương trình quan hệ giữa lực chặn Qch và áp suất hiệu chỉnh lớn nhất
phcmax:
phcmax.rcB2 = -0.0003QchB2 + 0.7596QchB + 3.4621

(5.19)

a) Thực nghiệm;
b) So sánh với mô phỏng số
Hình 5.8. Miền giá trị lực chặn và áp suất tạo hình

Từ đồ thị hình 5.8a cho thấy:
- Lực chặn (lực đóng khuôn) tỷ lệ thuận với áp suất trong lòng cối. Áp
suất lòng cối tăng thì áp suất chặn phải tăng để đảm bảo khả năng làm kín
trong quá trình tạo hình.
- Từ đồ thị có thể xác định miền làm việc trong quá trình tạo hình:
miền tạo hình; miền hiệu chỉnh là vùng sau khi đạt chiều sâu của chi tiết, áp


18
suất tạo hình trong lòng cối tiếp tục tăng để hiệu chỉnh lại biên dạng sản phẩm
theo yêu cầu thiết kế; vùng rò rỉ.
- Đồ thị hình 5.8b cho thấy kết quả mối quan hệ lực chặn và áp suất
hiệu chỉnh được xác định bằng mô phỏng và thực nghiệm là tương đồng, sai
số lớn nhất giữa mô phỏng và thực nghiệm là 3.96%.
Kết luận:
- Lực chặn Qch ≥ 190.1 kN sản phẩm DTT đạt chiều sâu tại các vị trí
đáy, lực chặn tăng thì áp suất hiệu chỉnh đạt được sẽ tăng.
- Phương trình (5.18) được xây dựng biểu diễn mối quan hệ giữa lực
chặn và áp suất hiệu chỉnh cho phép xác định được áp suất tạo hình
cần thiết để đạt chiều sâu tương đối HC = 0.26 và phương trình (5.19)
cho phép xác định áp suất hiệu chỉnh lớn nhất có thể đạt được với các
giá trị lực chặn đầu vào tương ứng.
- Kết quả mô phỏng đã hỗ trợ, kiểm chứng và giới hạn miền giá trị của
lực chặn, giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm.

5.5.2.2. Ảnh hưởng của Qch và pth đến chiều sâu tương đối HB
Khảo sát tại hB = 2, 4, 6, 7.2 tương ứng với chiều sâu tương đối HB= 0.07,
0.14, 0.21, 0.26.
Từ kết quả thực nghiệm, xây dựng được các phương trình biểu diễn mối
quan hệ giữa pth và HB tương ứng với các giá trị lực chặn:
+ Với Qch= 190.1 kN:
pthB1.rcB2 = 3385.5HB 2 - 654.83HB + 55.589
(5.20)
+ Với Qch= 380.1 kN:
pthB2.rcB2 = 2723.9HB 2 - 386.36HB+ 40.80
(5.21)
+ Với Qch=570.2 kN:
pthB3.rcB2 = 2337.3HB 2 - 230.18HB + 35.56
(5.22)
+ Với Qch=760.3 kN:
pthB4.rcB2 = 1259.2HB 2 + 147.8HB + 15.237
(5.23)
+ Với Qch=950.3 kN:
pthB5.r2 = 1307.9HB 2 + 277.38 HB + 9.81
(5.24)
+ Với Qch= 1140.4 kN: pthB6.r2 = 956.34HB 2 + 488.93HB - 0.5837
(5.25)
Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ chiều sâu tương đối với áp suất
tạo hình tương ứng với từng lực chặn, hình 5.9.
Kết quả cho thấy:
- Áp suất tạo hình tỷ lệ thuận với chiều sâu tương đối HB
- Lực chặn tăng thì áp suất tạo hình phải tăng để đạt chiều sâu HB mong
muốn.
- Phương trình 5.20÷5.25 cho phép xác định được giá trị áp suất tạo hình
cần thiết để đạt chiều sâu HB tại giá trị lực chặn tương ứng.

Hình 5.9. Đồ thị mối quan hệ giữa pth và chiều sâu tương đối HB


19
5.5.2.3. Ảnh hưởng của Qch và phc đến bán kính trong Ri của sản phẩm
Đo các mẫu thực nghiệm trong miền lực chặn tạo hình thành công (mục
5.5.2.1) trên máy đo 3D CRYSTA-APEX S574 của hãng Mitutoyo. Các vị
trí đo bán kính lòng trong được biểu diễn trên hình 5.10:

Hình 5.10. Vị trí đo bán kính trong và thiết bị đo CRYSTA-APEX S574

a). Ảnh hưởng đồng thời của Qch và phc đến bán kính lòng trong Ri chi tiết
Từ giá trị đo được, xây dựng đồ thị mối quan hệ lực chặn – áp suất hiệu chỉnh
với bán kính lòng trong sản phẩm dập:

Hình 5.11. Đồ thị mối quan hệ giữa phc và bán kính lòng trong sản phẩm dập

Đồ thị hình 5.11 cho thấy:
- Bán kính lòng trong của chi tiết dập giảm khi áp suất hiệu chỉnh
tăng tương ứng với mỗi giá trị lực chặn.
- Tại mỗi vị trí đo bán kính, giá trị đo được khác nhau vì vậy tác động
của áp suất tạo hình ảnh hưởng đến bán kính lượn ở đáy sản phẩm
là khác nhau với kích thước hình dạng cối khác nhau.
- Đồ thị 5.11 cho phép xác định thông số lực chặn và áp suất hiệu
chỉnh phù hợp để đạt được yêu cầu bán kính lượn tại đáy sản phẩm
của chi tiết cần chế tạo.
b). Ảnh hưởng của phc đến Ri chi tiết khi Qch không đổi

Hình 5.12. Đồ thị ảnh hưởng của phc đến Ri khi Qch không đổi

20
Xét trường hợp lực chặn không thay đổi với giá trị Qch= 1140.4 kN, áp
suất tạo hình thay đổi trong miền giá trị áp suất hiệu chỉnh đến phc=500 bar.
Kết quả đo được biểu diễn trên đồ thị hình 5.12.
Nhận xét:
Với lực chặn không đổi, áp suất hiệu chỉnh tăng thì bán kính góc lượn tại
đáy sẽ giảm.
Mức độ giảm bán kính khi áp suất tăng sẽ nhỏ lại khi R nhỏ đi, nguyên
nhân là khi bán kính nhỏ dần thì diện tích chịu tác động của áp suất thủy tĩnh
sẽ giảm và phôi đã bị biến cứng sau giai đoạn biến dạng dẻo ban đầu do đó
nếu muốn giảm bán kính thì áp suất hiệu chỉnh đòi hỏi sẽ phải cao hơn tương
ứng với lực đóng khuôn lớn hơn.
c). Ảnh hưởng của Qch đến Ri khi phc không đổi
Thông số không đổi áp suất hiệu chỉnh phc=250 bar. Lực chặn thay đổi
trong khoảng giá trị Qch= [380.1; 1140.4] kN. Kết quả được biểu diễn trên đồ
thị:

Hình 5.13. Ảnh hưởng của Qch đến Ri với giá trị phc=250 bar

Kết quả biểu diễn trên đồ thị hình 5.13 cho thấy trường hợp áp suất hiệu
chỉnh không đổi khi giảm lực chặn thì bán kính lòng trong chi tiết sẽ giảm
(bán kính nhỏ đi), tuy nhiên mức độ giảm bán kính là không lớn. Bởi khi lực
chặn giảm sẽ thì trở lực kéo phôi vào lòng cối giảm khi đó phôi phần vành sẽ
dễ dàng chảy vào cối hơn nên phôi áp vào đáy cối nhiều hơn, bán kính đáy
sẽ giảm.
5.5.2.4. Ảnh hưởng của Qch và phc đến mức độ biến mỏng Ɛ của sản phẩm
Tiến hành khảo sát mức độ biến mỏng và phân bố biến mỏng của mẫu
thực nghiệm ảnh hưởng bởi lực chặn – áp suất hiệu chỉnh (trường hợp

rcB=2mm). Kết quả đo được biểu diễn trên đồ thị:

Hình 5.14. Ảnh hưởng Qch đến chiều dày Si tại các vị trí đo với rcB=2 mm

Kết quả thực nghiệm biểu diễn trên hình 5.14 cho thấy:


21
- Với chi tiết có chiều sâu nhỏ như thanh B, biến mỏng tập trung tại
góc đáy sản phẩm và miệng cối, biến dày tại vành phôi.
- Biến mỏng tăng khi lực chặn tăng.
- Đồ thị hình 5.14 cho phép xác định và lựa chọn lực chặn hợp lý để
đạt được mức độ biến mỏng sản phẩm mong muốn.
5.5.2.5. Ảnh hưởng của bán kính lượn mép cối rcBi đến quá trình tạo hình
a). Ảnh hưởng của bán kính lượn miệng cối rcBi đến pth và phc
Thực nghiệm DTT với kính lượn miệng cối thay đổi: rcBi=1; 2; 3 mm để
xác định giá trị áp suất tạo hình đạt chiều sâu tương đối HB và áp suất hiệu
chỉnh lớn nhất phcmax đạt được. Bằng phương pháp quy hoạch cực tiểu bình
phương, xác định phương trình mối quan hệ phụ thuộc:
 Lực chặn và áp suất tạo hình đạt chiều sâu hB=0.26:
- pth.rcB1 = 8E-05Qch2 + 0.0046Qch + 120.24
(5.26)
- pth.rcB3 = 7E-05Qch2 - 0.0191Qch + 116.13
(5.27)
 Lực chặn và áp suất hiệu chỉnh lớn nhất phcmax:
- phcmax.rcB1 = -0.0004Qch2 + 0.8444Q - 6.0926
(5.28)
2
- phcmax.rcB3 = -0.0003Qch + 0.7424Q + 5.6672
(5.29)

Biểu diễn trên cùng một đồ thị phương trình 5.18, 5.19 5.26, 5.27, 5.28,
5.29 khi rcB thay đổi:

a)

b)

Hình 5.15. Đồ thị quan hệ lực chặn áp suất tạo hình tại h B=7.2 mm(a); lực chặn –
áp suât tạo hình tối đa phcmax(b) khi rcB thay đổi

Từ đồ thị hình 5.15 cho thấy: Miền áp suất tạo hình thay đổi khi bán kính
lượn ở mép cối thay đổi theo quy luật: Khi bán kính lượn ở mép cối giảm
(nhỏ) thì áp suất tạo hình cần thiết để đạt chiều sâu tương đối HB tăng và áp
suất hiệu chỉnh phcmax đạt được cũng tăng. Vì khi bán kính lượn mép cối nhỏ
sẽ làm khó khăn (cản trở) việc kéo phôi vào lòng cối do đó áp suất tạo hình
cần thiết để đạt chiều sâu tương đối HB phải tăng. Ngoài ra, khi bán kính mép
cối giảm thì áp suất thủy tĩnh tác dụng lên diện tích bề mặt lòng trong phôi
nhỏ đi dẫn đến lực đóng khuôn (làm kín) giảm, vì vậy áp suất hiệu chỉnh đạt
được cũng tăng theo.
b). Ảnh hưởng của bán kính lượn mép cối rcB đến mức độ biến mỏng Ɛ
Từ kết quả đo, xây dựng đồ thị tại từng điểm đo biến mỏng đặc trưng để
phân tích, so sánh ảnh hưởng của bán kính lượn mép cối rcBi đến mức độ biến
mỏng:


22

Hình 5.16. Đồ thị quan hệ Qch và chiều dày đo tại S4, S5, S6 với rcB=1;2;3 mm

Đồ thị cho thấy khi bán kính góc lượn mép cối giảm thì chiều dày phôi bị

biến mỏng rõ rệt, cụ thể khi bán kính giảm từ rcB=2 xuống rcB=1 thì biến mỏng
giảm nhiều nhất tại S4 là 14.3%, S5 là 19,59%, biến dày tại S6 giảm nhiều
nhất là 1.26%; Khi bán kính tăng từ rcB=2 lên rcB=3 mức độ biến mỏng có
thay đổi nhưng không lớn, cụ thể biến mỏng giảm nhiều nhất tại S4 là 2.25%,
S5 là 4.2%, biến dày tại S6 tăng nhiều nhất là 0.45%. Nguyên nhân là do khi
bán kính lượn giảm sẽ làm cản trở dòng vật liệu chảy vào lòng cối dẫn đến
biến mỏng tăng, bán kính miệng cối tăng thì vật liệu phần vành sẽ di chuyển
vào lòng cối dễ dàng hơn, biến mỏng sẽ giảm và tăng biến dày phần vành.
Kết luận: Bán kính lượn tại mép cối ảnh hưởng đến chất lượng chi tiết tạo
hình, bán kính lượn nhỏ quá có thể gây biến mỏng lớn, rách tại bán kính
miệng cối. Có thể căn cứ vào công thức lý thuyết (2.4) để xác định bán kính
lượn mép cối đồng thời căn cứ vào đồ thị ảnh hưởng của bán kính mép cối
đến chiều dày sản phẩm sau dập (hình 5.16) để lựa chọn bán kính cho phù
hợp.
5.5.3. So sánh quá trình dập thủy tĩnh chi tiết cầu và thanh B
So sánh hai quá trình DTT chi tiết cầu từ cặp phôi tấm hàn và thanh B từ
phôi tấm không hàn cho thấy:
- Sử dụng phương pháp làm kín bằng mối hàn mép giữa hai phôi trong
quá trình DTT chi tiết cầu có lợi hơn về ma sát, do tấm phôi trên và dưới chỉ
có ½ bề mặt tiếp xúc với cối, hai bề mặt hàn ốp vào nhau cùng trượt song
song với nhau khi phôi kéo vào lòng cối do đó có thể coi hệ số ma sát giữa
hai bề mặt này µ=0, do đó giảm được ma sát có hại trên vành phôi (ma sát
làm tăng trở lực kéo phôi vào lòng cối gây biến mỏng và tăng áp suất tạo
hình). Với quá trình DTT thanh B, do được dập từ phôi không hàn và cấp
chất lỏng bằng tấm giữa (Docking plate) nên cả hai bề mặt một tấm phôi đều
tiếp xúc với nửa trên và nửa dưới cối, ngoài ra bề mặt áp vào phía tấm giữa
còn tiếp xúc với gioăng làm kín, do gioăng làm bằng cao su dẫn đến sẽ làm
tăng ma sát cản trở phôi kéo vào lòng cối.
- Có sự khác nhau về ảnh hưởng của Qch và áp suất lòng cối đến quá
trình DTT, với chi tiết cầu lực chặn tăng lớn quá phôi bị rách phần đỉnh khi

áp suất lòng cối tăng. Ở thanh B lực chặn tăng, phc sẽ tăng dẫn đến Ri sẽ giảm.
- Ảnh hưởng của Qch và pth đến HC và HB có sự tương đồng ở giai đoạn
đầu của quá trình tạo hình (HB và HC nhỏ), nhưng khác nhau ở giai đoạn cuối
(Hc, HB lớn – phôi gần chạm đáy cối). Khi Hc lớn (Hc=0.45÷0.5) thì áp suất


23
hiệu chỉnh giảm khi lực chặn tăng, với thanh B thì áp suất hiệu chỉnh tăng
khi lực chặn tăng.
- Ảnh hưởng của lực chặn Qch và áp suất hiệu chỉnh phc đến mức độ
biến mỏng là giống nhau, đó là biến mỏng phần đáy tăng – biến dày phần
vành giảm khi lực chặn và áp suất tạo hình tăng. Tuy nhiên có sự khác nhau
về phân bố biến mỏng: chi tiết cầu biến mỏng nhiều nhất tại đỉnh, chi tiết
thanh B biến mỏng nhiều nhất tại bán kính đáy của sản phẩm và mép cối.
Từ những phân tính trên cho thấy quá trình DTT cặp phôi sẽ ứng dụng
tốt hơn với những sản phẩm có biên dạng phức tạp, chiều sâu tương đối là
nhỏ, bán kính lượn đáy sản phẩm lớn. Với các chi tiết có chiều sâu lớn thì
lượng biến mỏng sau khi dập là lớn (thực nghiệm chi tiết cầu, biến mỏng thấp
nhất 21.5%), ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Quá trình DTT chi tiết
từ cặp phôi tấm hàn sẽ phù hợp cho việc sản xuất các chi tiết rỗng hoàn chỉnh,
không yêu cầu quá trình xử lý tách hai phôi sau dập. DTT cặp phôi từ phôi
tấm không hàn sẽ giúp tăng năng suất so với phôi tấm đơn, phù hợp hơn với
các chi tiết có chiều sâu tương đối nhỏ do má sát có hại trên vành phôi là lớn
hơn so với quá trình DTT cặp phôi tấm hàn.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

Qua tổng hợp, xử lý các kết quả thực nghiệm, phân tích và biện luận, kết
quả thu được giúp các nhà kỹ thuật nắm bắt được các quy luật tác động, xác
định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính đến quá trình DTT,
lựa chọn bộ thông số công nghệ hợp lý, tạo điều kiện đưa ra các quyết định

nhanh chóng và chính xác khi tính toán, thiết kế để có thể ứng dụng công
nghệ này trong thực tiễn chế tạo ra các sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật, giảm
thời gian và chi phí chuẩn bị sản xuất.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Kết luận chung:
Luận án đã thực hiê ̣n đúng mu ̣c đích đề ra, có ý nghiã khoa ho ̣c và thực tiễn
đầ y đủ như đã nêu ở phầ n mở đầ u, với các kết quả chính đươ ̣c điể m la ̣i như
sau:
1. Đã làm rõ được tính cấp thiết về vấn đề nghiên cứu, phát triển và khả
năng ứng dụng công nghệ DTT vào sản xuất trong nước.
2. Đã hệ thống hoá (trên cơ sở tổng hợp và phân tích) các cơ sở lý
thuyết, nguyên lý hệ thống thiết bị, nghiên cứu phương pháp và qui trình mô
phỏng số, phương pháp thiết kế, xây dựng hệ thống thực nghiệm làm cơ sở
cho việc phát triển công nghệ.
3. Ứng dụng mô phỏng số để xác định miền giá trị của các thông số cơ
bản: Lực chặn, áp suất tạo hình để dập thành công chi tiết cầu và tấm hàn.
Xác định ảnh hưởng của lực chặn và áp suất lòng cối đến chiều sâu tương đối
Hc, và biến mỏng của sản phẩm dập. Đã kiểm chứng kết quả mô phỏng và