Nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ để chế tạo vỏ đựng bánh xe ô tô ford everest

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

PHẦN MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
Thời gian gần đây, xu hướng của các quốc gia trên thế giới đã và đang áp
dụng nhiều loại hình công nghệ tiên tiến để thay thế các công nghệ cũ, lạc hậu nhằm
tăng tính hiệu quả, năng suất sản phẩm. Đó là yếu tố sống còn để nâng cao tính cạnh
tranh và phát triển đất nước trên mọi lĩnh vực. Trong đó, việc áp dụng công nghệ mới
vào ngành cơ khí chế tạo nói chung và lĩnh vự gia công áp lực nói riêng có vai trò
rất quan trọng trong quá trình phát triển cả về kinh tế lẫn quân sự của mỗi quốc gia.
Những năm gần đây, công nghệ dập thủy cơ có xu hướng thay thế dần các
công nghệ dập tạo hình thông thường bằng chày cứng, cối cứng và được ứng dụng
rộng rãi trong việc tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp, do những
ưu điểm nổi bật.
Tuy nhiên ở Việt Nam cho tới nay, công nghệ dập bằng chất lỏng mới ở giai
đoạn bắt đầu tìm hiểu công nghệ, và đã có một số đề tài cấp thạc sĩ nghiên cứu về
vấn đề này, đặc biệt là việc thiết kế công nghệ dập thủy cơ vẫn chủ yếu dựa vào
kinh nghiệm, việc tính toán vẫn chưa được nghiên cứu tổng quát.
Do vậy, đề tài “ Nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ để chế tạo vỏ đựng bánh xe
ô tô Ford Everest ” có ý nghĩa thực tiễn cao trong giai đoạn nước ta đang phát triển
ngành công nghiệp ô tô. Hơn nữa, đề tài sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về công nghệ
và giải quyết được một số yếu tố kỹ thuật
• Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau:
Ứng dụng công nghệ tạo hình bằng chất lỏng, trong đó đặc biệt là công nghệ
dập thủy cơ vào việc thiết kế, chế tạo các chi tiết cơ khí từ kim loại tấm, có độ
chính xác và chất lượng cao.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

1

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Nghiên cứu đánh giá các đặc điểm và độ chính xác của công nghệ dập thủy cơ
bằng bài toán mô phỏng số, để từ đó điều chỉnh hợp lý cho quá trình gia công thực tế..
• Đối tượng nghiên cứu
Công nghệ gia công áp lực, trong đó đặc biệt là công nghệ dập bằng chất
lỏng, cụ thể hơn là công nghệ dập thủy cơ.
Máy thủy lực chuyên dùng và hệ thống thiết bị dập thủy cơ.
Các phần mềm mô phỏng: Dynaform
• Nội dung nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:
Tổng quan về công nghệ gia công áp lực nói chung, công nghệ dập bằng
chất lỏng nói riêng, đặc biệt là công nghệ dập thủy cơ.
Cơ sở lý thuyết về công nghệ dập thủy cơ
Thiết kế, chế tạo chi tiết “vỏ đựng bánh xe ô tô ford everest” bằng công
nghệ dập thủy cơ
Sơ bộ máy thủy lực và hệ thống thiết bị dập thủy cơ
Mô phỏng số quá trình dập bằng phần mềm Dynaform
• Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về GCAL nói chung và về dập thủy cơ nói riêng.
Thực hiện mô phỏng quá trình dập thủy cơ bằng phần mềm Dynaform

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

2

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình dập
thủy cơ, đưa ra các dự báo về khả năng tạo hình và hướng khắc phục những sai
hỏng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ được ứng dụng trực tiếp trong thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí và chế tạo
khuôn mẫu áp dụng vào ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam.
• Dự kiến kết quả đạt được
Từ nội dung nghiên cứu về công nghệ dập thủy cơ, đề tài dự kiến sẽ đạt được
những kết quả sau:
Ứng dụng công nghệ dập thủy cơ vào quá trình sản xuất các loại sản phẩm
thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong đó có sử dụng các phần mềm mô phỏng quá trình dập tạo hình kim
loại tấm như phần mềm Dynaform để tối ưu hóa ra bộ số thích hợp trong quá trình
dập thủy cơ các chi tiết. Từ đó tiết kiệm một khoản chi phí khá lớn và hoạch định kế
hoạch 1 cách chính xác hơn.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

3

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ VÀ NHỮNG
ỨNG DỤNG
1.1. Phương pháp công nghệ dập tạo hình bằng nguồn chất lỏng áp suất cao.
1.1.1 Qúa trình phát triển của công nghệ dập bằng nguồn chất lỏng áp
suất cao (dập thủy lực)
- Công nghệ dập bằng chất lỏng được xuất hiện từ cuối những năm 1940 và
đầu những năm 1950. Tuy nhiên, lúc này mới chỉ là bước đầu đi vào tìm hiểu nên
nó chưa được áp dụng rộng rãi.
- Năm 1975, công nghệ dập thủy lực này được chú trọng và phát triển nhanh
chóng cùng với trang thiết bị hiện đại. Một số nghiên cứu cho thấy những ưu điểm
của phương pháp này :
- Mclintock (năm 1968), Rice và Tracey (năm 1969) đã bắt tay vào nghiên
cứu về phôi kim loại tấm và các họ chứng minh được rằng sự phá hủy của tổ chức
kim loại giảm nhanh khi áp dụng phương pháp dập bằng chất lỏng.
- Clift Hartley, Sturgess và Rowe (năm 1990), Pillinger (năm 1992), đã
chứng minh rằng khi chuốt, kéo phôi kim loại tấm bằng áp suất chất lỏng sẽ giảm
thiểu được sự phá hủy tổ chức kim loại cũng như việc xuất hiện các tế vi của vật
liệu kim loại.
- Tại các nước công nghiệp phát triển từ lâu đã áp dụng công nghệ này vào
trong sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Ở Việt Nam, phương pháp dập thủy lực mới đang ở giai đoạn tìm hiểu,
nghiên cứu công nghệ. Việc nghiên cứu về dập thủy lực mới được đề cập đến trong
một số đề tài nghiên cứu cấp thạc sỹ.
- Với mục tiêu trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020, thì để thực
hiện được mục tiêu đó cần áp dụng khoa học công nghệ hiện đại đẩy mạnh nền kinh
tế. Do đó, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập thuỷ lực là hết sức cần
thiết trong giai đoạn hiện nay.
1.1.2 Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

4

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Phương pháp dập thủy tĩnh ( Hydrostatic) : Dập thủy tĩnh là một phương
pháp tạo hình vật liệu nhờ chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt
của phôi gây biến dạng phôi theo hình dạng của lòng cối.
Do đó không cần gia công chày và giảm được số nguyên công.

Hình 1.1 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi tấm

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

5

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.2 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi ống

- Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical).
1.2 Tổng quan về công nghệ dập thủy cơ

1.2.1 Khái quát về công nghệ dập thủy cơ
- Định nghĩa: Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình nhờ vào chất lỏng cao áp làm
biến dạng phôi tấm khi dụng cụ gia công chuyển động tác dụng lên phôi. 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:
Cách thứ nhất là 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 hai 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.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

6

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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 luôn),
phôi không tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều
dày thành cũng đồng đều hơn.

Hình 1.3.Quá trình dập thủy cơ
1.Kết cấu khuôn gồm: Chày-tấm chặn phôi- phôi – vành cối – buồng chứa
chất lỏng có ống thoát và van điều tiết áp suất; 2. Chày đi xuống; áp suất
thủy tĩnh nén phôi làm phôi áp sát chày, tấm chặn giữ phôi tạo lực căng ;
3.Khi chày đi xuống, phôi tấm được biến dạng phồng lên và bọc áp vào

chày; 4. Cuối cùng phôi tấm biến dạng theo đúng hình dáng kích thước của
chày ép.
Quá trình dập có thể chia làm các giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Đưa phôi vào khuôn dập.

Giai đoạn 2:
- 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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

7

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Giai đoạn 3: Chày đi xuống thực hiện quá trình dập. Áp suất chất lỏng trong
lòng cối tăng tỷ lệ thuận với hành trình của chày và đẩy phôi áp sát vào bề mặt của
chày.

Hình 1.4. Tạo thành gân vuốt bằng chất lỏng khi ép thủy cơ
Dập thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều
chỉnh được tốc độ dập, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp
với từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi
tiết cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.
Với những đặc điểm nổi bật trên, phương pháp dập thuỷ cơ đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và công nghiệp dân

dụng khác tại các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Nga, Đức trong việc
chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp.
1.2.2 Chất lỏng dùng trong gia công thuỷ cơ
Chất lượng sản phẩm và độ ổn định của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào
thành phần và tính chất lý hoá của chất lỏng công tác.
Khi gia công thuỷ cơ phải chọn đúng chất lỏng và phải thoả mãn các yêu
cầu cơ bản sau:
- Đảm bảo độ nhớt cần thiết và không hoá rắn ở áp suất công tác.
- Đảm bảo tính chống mài mòn cần thiết.
- Không tương tác với kim loại biến dạng.
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

8

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Tính kinh tế rẻ và không có độc hại.
Độ nhớt của chất lỏng biểu hiện khi nó chuyển động và liên quan tới sự xuất
hiện ứng suất tiếp. Chất lỏng có độ nhớt cao thì chảy kém và ngược lại, chất lỏng có
độ nhớt thấp thì có độ chảy lớn. Đặc tính quan trọng này của chất lỏng thay đổi tuỳ
thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Khi tăng áp suất thì độ nhớt tăng lên và sự thay đổi
của độ nhớt phụ thuộc vào áp suất tuân theo quy luật hàm số mũ:
η = η0. eP.β

(1.1)

Trong đó:

η0 - độ nhớt của chất lỏng ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 20 0C.
p - áp suất.
β - hệ số,nó phụ thuộc vào chất lỏng và nhiệt độ.
Sự thay độ nhớt của chất lỏng theo nhiệt độ tuân theo quy luật hàm số mũ
dưới dạng:
ηt = η0. e −λ( t − t 0 )

(1.2)

Trong đó:
λ - hệ số, phụ thuộc vào chất lỏng ở nhiệt độ 20 0C.
t - nhiệt độ của chất lỏng.
η0 - độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ phòng (20 0C).
Để quá trình ép thuỷ cơ thực hiện bình thường, tính nén

được của chất

lỏng công tác dưới tác dụng của áp suất cao có ý nghĩa quan trọng. Đối với chất
lỏng, sự thay đổi thể tích khi áp suất tăng được xác định theo công thức:

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

9

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC






p 

V = V0 . 1 − A. ln 1 + 
π'


(1.3)



Trong đó:
V0 - thể tích chất lỏng ở áp suất khí quyển (1 at = 0,1 MPa);
A, π' - các hệ số.
Độ nén được gia tăng của chất lỏng công tác dưới tác dụng của áp suất cao
là yếu tố bất lợi vì nó làm giảm hiệu suất của thiết bị do một phần năng lượng cần
tiêu hao cho việc nén chất lỏng. Năng lượng đàn hồi của chất lỏng công tác tích luỹ
trong quá trình ép có thể biến thành công tích cực theo chu kỳ gây ra sự đưa phôi
không đều và sự dao động áp suất không mong muốn. Ngoài ra, do có sự tích trữ
thế năng lớn khi nén chất lỏng nên sản phẩm ép khi ra khỏi buồng ép có tốc độ lớn
đòi hỏi phải có thiết bị đặc biệt để khống chế tốc độ của sản phẩm nhằm tránh
không cho sản phẩm bị phá huỷ.
Ngoài hai yếu tố kể trên đối với chất lỏng công tác, thì tính bôi trơn, tính
chống bắt lửa cũng như tính không sinh ra khí độc hại và tác dụng với phôi ép và
dụng cụ của chất lỏng công tác cũng có ý nghĩa quan trọng trong quá trình gia công
thuỷ cơ.

1.2.3 Đặc điểm của phương pháp ép thuỷ cơ
* Lực tác dụng trong ép thủy cơ
Khi ép thủy cơ, có 3 lực tác dụng:

- Áp suất thủy lực để ép phôi áp sát chày, tạo hình theo biên dạng chày, áp lực
tăng khi chiều sâu ép tăng. Cần khống chế đến một áp lực nhất định đủ để áp phôi
vào bề mặt chày và giữ ổn định trong quá trình biến dạng;

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

10

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.5. Lực tác dụng khi ép thủy cơ

- Lực nén của chày để ép phôi tạo hình, hay lực ép vuốt; lực do pitton máy ép, lực
nén cân bằng với lực do áp suất thủy tĩnh theo phương đứng tạo nên;
- Lực ép biên, để giữ phôi, chống nhăn – rách. Nếu lớn quá sẽ gây rách, nhỏ
quá sẽ gây nhăn.
•

Đặc điểm về ép thuỷ cơ
Điểm khác biệt đặc trưng của quá trình ép thuỷ cơ là sự cần thiết phải tạo ra

được áp suất thuỷ tĩnh biến đổi tác dụng vào phôi từ phía cối lỏng. Giá trị áp suất
này, phải đủ lớn để ép chặt phôi vào bề mặt của chày và ngăn sự nhăn của phôi,

nhưng không được quá lớn, sao cho lực ma sát và ứng suất uốn xuất hiện khi đó sẽ
không làm đứt phôi.
Giá trị áp suất thuỷ tĩnh cần thiết từ phía cối lỏng phụ thuộc vào các yếu tố
chính sau: Tính chất cơ lí của vật liệu phôi; chiều dày của tấm vật liệu bán thành
phẩm và đặc tính hình học của chi tiết ép.
Phương pháp ép thuỷ cơ cho phép ép hoàn chỉnh chi tiết sau một lần ép
nhờ biến dạng vật liệu đồng đều và giảm hiện tượng biến mỏng cục bộ. Ngoài ra,
phương pháp ép thuỷ cơ còn cho phép nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt
chi tiết ép do bề mặt của phôi không trực tiếp xúc với dụng cụ gia công. Qua đó có
thể tăng tuổi thọ của chày và cối do giảm mòn.
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

11

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng của chày ép nên
đa dạng hoá sản phẩm mà chỉ sử dụng một loại cối ép.
Ép thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều
chỉnh được tốc độ ép, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp
với từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi
tiết cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.
1.2.4 Các phương pháp ép thuỷ cơ
Có nhiều cách khác nhau phân loại các phương pháp ép thuỷ cơ như dựa
vào đặc điểm của phôi, dựa vào đường thoát chất lỏng, dựa vào hình dạng của sản
phẩm. Một trong những cách phân loại được ứng dụng nhiều nhất là dựa vào đặc
điểm của phôi, theo cách phân loại này có các phương pháp ép thuỷ cơ cơ bản sau:

- Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng
- Ép thuỷ cơ từ phôi không gian
- Ép thuỷ cơ thuận nghịch
- Ép thuỷ cơ phôi phẳng: Phôi được sử dụng là tấm phẳng. Căn cứ vào đặc
điểm biến dạng có: ép có ép biên hoặc không ép biên. Căn cứ vào cách thoát ra
ngoài của chất lỏng khi chịu nén: ép thủy cơ chất lỏng thoát ra ngoài bằng van tiết
lưu hoặc bằng khe hở giữa phôi và dụng cụ.
- Ép vuốt các phôi không gian: Có hai loại là ép xuôi (b) và ép thuận
nghịch. Cũng tương tự như trong trường hợp ép thuỷ cơ phôi phẳng mà có các
phương pháp pháp như trên.
- Ép thủy cơ thuận nghịch: là phương pháp ép tạo hình 2 mặt xuôi và
ngược để tạo sản phẩm có độ lồi lõm khác nhau.
Ngoài ra, còn có thể căn cứ vào hình dáng của sản phẩm được chế tạo để
phân loại. Theo cách này có ép thuỷ cơ các chi tiết đơn giản, có thể có đối xứng
hoặc không và ép thuỷ cơ các chi tiết có hình dáng phức tạp…
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

12

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng đươc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng
không và đồ dân dụng. Nó ứng dụng tạo hình các chi tiết có kích thước lớn, hình
dạng phức tạp.
Ép thuỷ cơ từ phôi không gian ứng dụng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức
tạp, các chi tiết gồm nhiều mặt trụ có kích thước khác nhau, mặt trụ và mặt cong,
mặt trụ và mặt nón. Ép thuỷ cơ thuận nghịch ứng dụng trong việc tạo hình các chi

tiết yêu cầu chiều sâu ép vuốt lớn mà phương pháp ép thuỷ cơ từ phôi tấm không
thực hiện được.

Hình 1.6. Ép thủy cơ phôi phẳng

Hình 1.7. Ép thủy cơ 3D

a.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

13

Cao học CTM Khóa: 2009
b.c.


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.8. Sơ đồ phân loại các phương pháp ép thuỷ cơ

a. Từ phôi tấm
b. Phôi không gian ép thuận
c. Phôi không gian ép thuận nghịch

1.2.5 Khả năng công nghệ và những ưu nhược điểm của phương pháp dập thủy cơ
Ưu điểm của phương pháp dập thuỷ cơ: Ngoài những ưu điểm chung của
phương pháp gia công thuỷ tĩnh, phương pháp dập thuỷ cơ còn có:
- Giảm đáng kể lực ma sát có hại giữa phôi và dụng cụ.
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

14

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Tăng lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo ra bởi sự ép mạnh vào
bề mặt chày bằng áp suất thuỷ tĩnh từ phía cối lỏng, do vậy nó loại bỏ được sự trượt
của phôi đối với chày và sự kéo căng của phôi, nhờ vậy mà hệ số dập vuốt được
nâng cao hơn nhiều so với dập trong khuôn kim loại: đến 0,40 đối với thép thấp
cacbon, còn khi sử dụng gân vuốt có thể giảm hệ số dập vuốt đến 0,3. Số lượng các
nguyên công cũng được giảm. Nếu như dập vuốt các chi tiết hình nón hoặc parabol
bằng phương pháp thông thường đòi hỏi phải mất một số nguyên công dập vuốt
trung gian thì bằng phương pháp dập thủy cơ, thì chỉ cần một nguyên công dập.
- Có áp suất thuỷ tĩnh tương đối đồng đều từ phía cối lỏng tác dụng lên trên
bề mặt của phôi. Điều này sẽ làm tăng khả năng biến dạng dẻo của kim loại và độ
đồng đều về cơ lý tính của sản phẩm và dập các chi tiết có hình dáng phức tạp.
- Do sự thay đổi không đáng kể của chiều dày kim loại chỗ chuyển tiếp từ
đáy đến thành chi tiết (khu vực nguy hiểm nhất khi dập vuốt thông thường) nên có
thể dùng những vật liệu mỏng hơn và với bán kính chày rất nhỏ. Đồng thời, do ảnh
hưởng hưởng của khe hở giữa chày và cối không nhạy cảm như dập vuốt thông
thường nên có thể dập trong một lần các chi tiết có chiều dày khác nhau và từ các
vật liệu khác nhau.
- Sự tiêu tốn vật liệu dụng cụ cũng tương đối thấp do sự đơn giản hóa kết
cấu dập và giảm thiểu sự mài mòn dụng cụ. Hơn nữa, khi chuyển sang dập các chi
tiết gần giống chỉ cần thay đổi chày, đồ gá và vòng chặn phôi.
- Chất lượng bề mặt của chi tiết dập rất cao do quá trình vuốt không xảy ra
qua mép cạnh kim loại của khuôn vuốt, vì vậy giảm thiểu các nguyên công chỉnh sửa.

Nhược điểm của phương pháp dập thuỷ cơ:
- Có thể xảy ra sự mất ổn định ở phần mặt bích của phôi và phần bán kính
cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết. Điều
này có thể gây ra các phế phẩm như hiện tượng nhăn, co, móp… ở phần vành phôi.
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

15

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Phải tạo ra nguồn chất lỏng áp suất cao và điều chỉnh được giá trị áp suất
trong quá trình ép vuốt.
- Có thể xảy ra sự biến mỏng của phôi, nếu lượng biến mỏng này là lớn và không
đồng đều, dễ xảy ra tình trạng làm rách, đứt phôi ở tiết diện nguy hiểm.
Mặc dù vậy phương pháp ép thuỷ cơ vẫn được áp dụng một cách rộng rãi
trong công nghiệp, đặc biệt trong các trường hợp sau:
- Gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp, không đối xứng như các chi
tiết có hình côn, parabol, cầu, các chi tiết vỏ mỏng…
- Gia công các chi tiết có mức độ biến dạng lớn và đòi hỏi cơ tính đồng đều cao;
- Gia công các chi tiết làm từ vật liệu khó biến dạng, vật liệu đa lớp…

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

16

Cao học CTM Khóa: 2009

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

1.2.6 Một số sản phẩm dập thủy cơ điển hình
Sản phẩm từ công nghệ dập thủy cơ có mặt trong rất nhiều lĩnh vực để phục vụ
cho nhu cầu ngày càng cao của xã hội và con người.

Hình 1.9.Các chi tiết mui ôtô được dập bằng phương pháp thủy cơ

Hình 1.10.Một số dạng sản phẩm gia dụng dập bằng phương pháp thủy cơ

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

17

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

18

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.11.Một số loại sản phẩm khác dập bằng phương pháp thủy cơ

1.2.7 Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới về phương pháp dập thủy cơ
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

19

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đã áp dụng hiệu quả phương pháp dập
thuỷ cơ để gia công các chi tiết rỗng có hình dạng phức tạp. Nhiều phát minh trên
thế giới được công bố, nó chứng minh cho một khuynh hướng phát triển về nghiên
cứu và ứng dụng của dập thủy cơ. Tại các nước phát triển như : Đức, Nhật, Mỹ,
Anh, Thuỵ Điển, Pháp, Nga phương pháp dập thuỷ cơ được nghiên cứu và phát
triển nhằm mục đích đáp ứng các yêu cầu của công nghiệp để sản xuất các chi tiết
kim loại dạng tấm một cách kinh tế với nhiều đặc điểm riêng với các kích cỡ nhỏ.
Kiểu dập sâu truyền thống các chi tiết trên ô tô mà có diện tích mặt ngoài lớn ( như
mui xe, các cánh cửa hoặc nắp máy) thường tạo cho chúng khả năng chống lại vết
lồi lõm kém. Đó là do ở phần giữa của chi tiết có độ biến dạng thấp. Độ cứng thành
phần thấp gây ra ảnh hưởng tiêu cực tới khả năng chống va đập của các phương
tiện. Khắc phục các hiện tượng này dùng công nghệ tạo hình thuỷ cơ thì các chi tiết
sẽ có khả năng phân bố ứng suất tạo hình đồng nhất và do đó sẽ nâng cao được độ
bền của tiết.
Như vậy, dập thuỷ cơ là một giải pháp hữu hiệu để chế tạo các chi tiết máy
hoặc trong lĩnh vực chế tạo mẫu. Các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ này rất
đa dạng bao gồm từ những chi tiết dạng khung, dầm làm bằng thép chịu lực cao,
cho tới các chi tiết bằng nhôm có diện tích mặt ngoài lớn.
Phương pháp dập thuỷ cơ đặc biệt hữu hiệu trong trường hợp dập vuốt các
chi tiết có hình dáng phức tạp không đối xứng và dập vuốt sâu các chi tiết đối xứng

như trụ, cầu, parabol.v.v… Các dạng chi tiết đặc trưng và dụng cụ được sử dụng để
tiến hành nghiên cứu thực nghiệm
Ở Việt Nam, đang trong thời kì CNH - HĐH, đặc biệt phát triển các ngành
công nghiệp ôtô, cơ khí nông nhiệp, xe máy, ngành công nghiệp quốc phòng… do
vậy, việc nghiên cứu phương pháp này là một yêu cầu do thực tế đặt ra.
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

20

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chương 1 đã trình bày một cách tổng quan về phương pháp tạo hình có sử dụng
chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp và phương pháp dập thuỷ cơ. Phương pháp dập thuỷ cơ là
một trong những công nghệ cơ bản của phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn
chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp - phương pháp gia công thuỷ tĩnh. Dưới tác động của áp
suất cao của chất lỏng công tác, kết hợp với phần cứng của chày sẽ tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình biến dạng của phôi, đồng thời cho phép tạo được sự đồng
đều về tính chất cơ lý trong sản phẩm dập mà phương pháp dập truyền thống không
hoặc khó có thể đạt được. Chính vì vậy, phương pháp gia công thuỷ tĩnh nói chung,
phương pháp dập thuỷ cơ nói riêng, ngày càng được ứng dụng hết sức rộng rãi trong
công nghiệp, là giải pháp hữu hiệu nhất trong gia công chế tạo, nhất là các chi tiết
có hình dáng phức tạp, có mức độ biến dạng lớn. Những nghiên cứu này đã cho
thấy những triển vọng và khả năng của phương pháp gia công thuỷ tĩnh và phương
pháp dập thuỷ cơ. Vấn đề nghiên cứu những sơ đồ nguyên lí của phương pháp dập
thuỷ cơ, những kết quả nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm ảnh hưởng của các

thông số đến các trạng thái ứng suất, biến dạng, các hiện tượng nhăn và rách của
sản phẩm sẽ được trình bày trong chương 2.

CHƯƠNG 2
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

21

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH DẬP THỦY CƠ
2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi ép thủy cơ
Phân tích sự phân bố ứng suất trong quá trình ép thuỷ cơ, nhận thấy phôi chịu
một trạng thái ứng suất - biến dạng phức tạp, có nhiều điểm khác biệt so với ép vuốt
thông thường (chày cứng cối cứng). Đặc biệt là khi ép vuốt thuỷ cơ có thêm thành
phần ứng suất nén σ3 của chất lỏng, chúng luôn có hướng vuông góc với bề mặt
phôi làm cho vật liệu biến dạng nén. Thành phần ứng suất σ3 này có ảnh hưởng lớn
đến tính dẻo của kim loại, làm thay đổi sơ đồ trạng thái ứng suất - biến dạng trong
phôi (xem hình 2.1 và 2.2).
* Phần vành phôi nằm trong trạng thái ứng suất khối (một chiều kéo, hai
chiều nén) giống như trường hợp khi ép vuốt bình thường có chặn. Trạng thái biến
dạng là biến dạng khối (hai chiều kéo và một chiều nén). Chính sự xuất hiện của
thành phần biến dạng ε3 có dấu (+) làm cho phôi trên phần vành bị biến dày, dễ gây
ra sự mất ổn định làm xuất hiện nhăn, rách phôi. Vì vậy, đối với ép vuốt thuỷ cơ,
cần thiết phải có chặn. Khi đó, 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. Tuy nhiên, lực

chặn phải có độ lớn hợp lí, nếu không sẽ xảy ra kéo đứt phôi do ma sát quá lớn giữa
vành phôi và dụng cụ.
* Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (bán kính góc lượn của cối)
nằm trong trạng thái ứng suất - biến dạng khối phức tạp. Điểm khác biệt cơ bản so
với ép vuốt bình thường là có sự xuất hiện thêm thành phần ứng suất nén σ3 do áp
lực q của chất lỏng chịu nén gây ra. Điều này 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 hại
của ma sát như trong trường hợp ép vuốt trên chày cứng, cối cứng. Khi ép vuốt
thông thường, xảy ra sự biến mỏng phôi trên phần bán kính lượn của cối, do vậy có
thể dẫn đến sự kéo đứt phôi trong quá trình vuốt. Với sự xuất hiện của thành phần
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

22

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ứng suất nén σ3 trong ép thuỷ cơ và không có sự kéo căng phôi trên bán kính lượn
của cối sẽ làm giảm ảnh hưởng xấu nêu ở trên.
* Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày) có trạng thái ứng suất hai
chiều (một chiều kéo, một chiều nén). Thành phần ứng suất theo hướng tiếp tuyến σ2 rất
nhỏ có thể coi bằng không. 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 ép 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.
* Phần bán kính lượn đầu chày trong trường hợp ép vuốt thông thường
(chày cứng cối cứng), đây là phần nguy hiểm nhất do có sự biến mỏng đáng kể của
phôi, hơn nữa khi đó phôi nằm trong trạng thái ứng suất kéo hai chiều, làm giảm

tính dẻo của vật liệu, vì vậy đây là vùng nguy hiểm nhất, phôi dễ bị kéo đứt. Trong
trường hợp ép vuốt thuỷ cơ, do có tác dụng của chất lỏng nên phôi nằm trong trạng
thái ứng suất nén một chiều, còn các thành phần biến dạng đều có giá 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 trong phần này.
* Phần đáy chày (phôi tiếp xúc với đáy của chày ép vuốt) nằm trong trạng
thái ứng suất đơn, có thành phần σ3 = q. Các thành phần ứng suất chính khác có giá
trị nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần σ3 nên có thể coi bằng không. Phôi trong
phần này hầu như không biến dạng.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

23

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 2.1. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập vuốt trên chày cứng cối cứng

Hình 2.2. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập thuỷ cơ
Như vậy, khi ép thuỷ cơ, do có tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh chất lỏng đã làm thay
đổi sơ đồ cơ học ứng suất - biến dạng của phôi ép, phôi chủ yếu nằm trong trạng
thái ứng suất nén. Nhờ đó, khả năng biến dạng dẻo của vật liệu được tăng lên và đặc
biệt xuất hiện thành phần ứng suất σ3 luôn ép phôi vào bề mặt của chày làm giảm sự
trượt tương đối giữa phôi và chày.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

24

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

2.2. Tính toán các thông số công nghệ ép thủy cơ
2.2.1. Tính áp suất chất lỏng
Giá trị áp suất chất lỏng cần thiết trong dập thủy cơ là một trong những thông
số công nghệ cơ bản, có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng của kim loại.
Áp suất làm việc trung bình của chất lỏng công tác tạo hình chi tiết trong dập
thủy cơ được tính như sau (theo Иcаченко [9]) :
Pw =

YS.t
rmin

( 2.1 )

Trong đó:
Pw: Áp suất làm việc trung bình
YS: Giới hạn chảy
rmin: Bán kính cong nhỏ nhất của chi tiết
Trên cơ sở phân tích trạng thái ứng suất biến dạng khi được dập thủy cơ và
căn cứ vào điều kiện đảm bảo cho phôi không bị kéo đứt tại tiết diện nguy hiểm khi
dập, theo Иcаченко [9] điều kiện để dập vuốt thủy cơ là:
σω =

Pq

≤ σ b = A.ε α

π .(d n + s 0 ).s 0
σω = σ q + σ g + στ − σφ

( 2.2 )

Trong đó:
σ ω : ứng suất trong phôi ở tiết diện nguy hiểm
σ q : thành phần ứng suất ở tiết diện nguy hiểm do biến dạng dẻo thể tích
σ g : thành phần ứng suất ở tiết diện nguy hiểm do uốn quanh bán kính của dụng cụ

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

25

Cao học CTM Khóa: 2009