Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thuỷ cơ để chế tạo chi tiết vỏ mỏng dạng 3 lớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------

VŨ ĐỨC QUANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY
CƠ ĐỂ CHẾ TẠO CHI TIẾT VỎ MỎNG DẠNG 3 LỚP

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

HÀ NỘI – 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------VŨ ĐỨC QUANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ
ĐỂ CHẾ TẠO CHI TIẾT VỎ MỎNG DẠNG 3 LỚP

Chuyên ngành: Gia Công Áp Lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VĂN NGHỆ

HÀ NỘI - 2008


1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của
tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực
và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào.
Tác giả

Vũ Đức Quang

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


2

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh sách các ký hiệu, các từ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
Chương 1 - Tổng quan về công nghệ tạo hình thủy lực
1.1. Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy
lực
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
1.1.3. Một số sản phẩm nhận được bằng phương pháp dập thủy
lực
1.2. So sánh giữa dập thủy cơ và dập vuốt thông thường (chày
cứng – cối cứng)
1.2.1. Phần vành phôi
1.2.2. Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (phần bán
kính góc lượn của cối)
1.2.3. Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày)
1.2.4. Phần bán kính lượn đầu chày
1.2.5. Phần đáy chày (phôi tiếp xúc với đáy của chày dập vuốt)
1.2.6. Biên độ sóng của phôi trong quá trình dập vuốt
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp dập thủy cơ
1.3.1. Ưu điểm
1.3.2. Nhược điểm
1.4. Các phương pháp dập thủy cơ
1.5. Mục đích và ý nghĩa của đề tài.
Chương 2 - Cơ sở lý thuyết và một số nghiên cứu về công nghệ
dập thủy cơ
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình dập thủy cơ
2.1.1. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng
2.1.2. Xác định áp suất cần thiết để tạo hình thủy cơ
2.1.3. Ma sát ướt khi dập vuốt thủy cơ
2.2. Một số nghiên cứu về công nghệ tạo hình thủy cơ 3 lớp
2.2.1. Khảo sát vùng phồng trong dập thủy cơ
2.2.2. Khảo sát quá trình dập thủy cơ 3 lớp khi chiều dày lớp
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

1
2

6
7
8
16
18
18
18
18
18
21
32
34
34
35
35
35
36
38
38
39
39
40
43
43
43
47
50
63
63
69

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


3

giữa mỏng.
Chương 3 - Tính toán, thiết kế công nghệ dập thủy cơ chi tiết
vỏ mỏng dạng 3 lớp
3.1. Thiết kế công nghệ dập thủy cơ chi tiết vỏ mỏng dạng 3 lớp
3.1.1. Dập bằng phương pháp thông thường (chày cứng – cối
cứng)
3.1.2. Dập bằng phương pháp thủy cơ
3.2. Tính toán các thông số công nghệ trong dập thủy cơ chi tiết
vỏ mỏng dạng 3 lớp
3.2.1. Áp suất chất lỏng
3.2.2. Khe hở tối ưu
3.2.3. Lực chặn phôi
3.2.4. Tính toán thiết bị chặn thủy lực
3.2.5. Kiểm nghiệm độ bền tấm chặn
3.2.6. Lực cản của đối áp lên chày
3.2.7. Lực dập vuốt cần thiết
3.2.8. Tính toán, thiết kế hệ thống thuỷ lực để dập thủy cơ
3.3. Thiết kế khuôn dập thủy cơ
3.3.1. Sơ đồ kết cấu máy dập thủy cơ
3.3.2. Kết cấu tấm chặn
3.3.3. Kết cấu tấm đế
3.3.4. Kết cấu chày
3.3.5. Kết cấu cối dập thủy cơ
3.3.6. Kết cấu hệ thống chặn thủy lực

3.4. Tính toán, thiết kế hệ thống đo Áp suất, Hành trình dập
3.4.1. Cảm biến đo áp suất chất lỏng
3.4.2. Cảm biến đo hành trình chày
3.4.2. Bộ xử lý tín hiệu.
Chương 4 - Mô hình hóa quá trình dập thủy cơ chi tiết vỏ
mỏng dạng 3 lớp
4.1. Vai trò và ưu điểm của mô phỏng số trong thiết kế và tối ưu
công nghệ
4.1.1. Giới thiệu các phương pháp mô phỏng
4.1.2. Ứng dụng của mô phỏng số
4.2. Giới thiệu về phần mềm eta/DYNAFORM
4.2.1. Tổng quan về eta/DYNAFORM
4.2.2. Một vài thông tin về công ty phần mềm
eta/DYNAFORM
4.3. Phương pháp tính toán trong eta/DYNAFORM
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

89
89
89
90
93
93
94
95
95
100
101
101
102

109
111
112
112
112
113
113
114
114
118
118
121
121
122
125
127
127
129
130

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


4

4.4. Mô hình vật liệu trong eta/DYNAFORM
4.4.1. Material Model 12: Isotropic Elastic Plastic
4.4.2. Material Model 36: 3-Parameter Barlat Plasticity
4.4.3. Material Model 37: Transversely Anisotropic ElasticPlastic
4.5. Điều kiện biên

4.6. Thuật toán tiếp xúc và va chạm (Contact-Impact Algorithm)
4.6.1. Những tiến bộ trong nghiên cứu tiếp xúc
4.6.2. Tính toán chiều dày vỏ
4.6.3. Sự nhập vào nhau của tiếp xúc ban đầu
4.6.4. Tính toán năng lượng tiếp xúc
4.6.5. Sự giảm tiếp xúc
4.6.6. Ma sát
4.7. Các phần tử trong eta/DYNAFORM/LS-DYNA
4.8. Kết luận.
Chương 5 - Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết vỏ
mỏng dạng 3 lớp
5.1. Tiền xử lý mô phỏng
5.1.1. Xây dựng mô hình hình học – Nhập phôi và thiết bị
5.1.2. Chia lưới
5.2. Đặt các điều kiện mô phỏng – Giải bài toán
5.2.1. New Simulation
5.2.2. General
5.2.3. Blank Definition
5.2.4. Blank Material and Property Definition
5.2.5. Tool Definition
5.2.6. Tools Positioning
5.2.7. Process Definition
5.2.8. Animation
5.2.9. Job
5.3. Hậu xử lý – Khai thác kết quả mô phỏng
5.3.1. Phân tích biểu đồ giới hạn tạo hình
5.3.2. Phân tích biến dày và biến mỏng trong tạo hình
5.3.3. Phân tích biến dạng dẻo trong tạo hình thủy cơ
5.3.4. Phân tích ứng suất trong tạo hình thủy cơ
5.3.5. Phân tích lực tác dụng trong tạo hình thủy cơ

5.3.6. Phân tích năng lượng trong quá trình tạo hình thủy cơ
5.3.7. Vị trí của thiết bị trong quá trình tạo hình
5.4. Kết luận
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

132
133
133
137
139
142
145
147
149
150
151
154
156
161
163
165
165
166
167
168
168
169
169
171
173

174
176
177
178
178
180
181
182
183
185
187
187

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


5

5.4.1. Phân tích khe hở z và bán kính góc lượn cối R
5.4.2. Hành trình chày
5.4.3. Lực chặn, áp suất chặn
5.4.4. Khe hở bôi trơn thủy động
5.4.5. Hiện tượng phồng lên khi tạo hình thủy cơ
5.4.6. Kết luận
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA
ĐỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

187
188
189
189
189
190
192
197
200

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
HDD

Nội dung

Thứ nguyên

Dập vuốt thủy cơ
(Hydromechanical deep drawing)

RD

Phương cán (Rolling Direction)

LD

Đường cong tải (Load Diagram)

FLD

Đường cong giới hạn tạo hình
(Forming Limit Diagram)

PTHH

Phần tử hữu hạn

FEA

Phân tích bằng phần tử hữu hạn
(Finite Element Analysis - FEA)

CAE

Computer-Aided Engineering

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Cơ tính của vật liệu A16016-T4 và A11050-H0
Bảng 2.2. Cơ tính của vật liệu APP 211 và DC04
Bảng 2.3. Thành phần cấu tạo hóa học của vật liệu lớp mỏng giữa nhôm
nguyên chất mềm
Bảng 2.4. Kích thước của thiết bị
Bảng 3.1. Cơ tính của vật liệu ANSI 1020
Bảng 4.1. Giới thiệu về một số phần mềm mô phỏng
Bảng 4.2. So sánh giữa hai phương pháp Implicit và Explicit
Bảng 4.3. Mẫu vật liệu và mẫu phần tử của một số vật liệu
Bảng 4.4. Bảng giá trị ma sát Coulomb [Marks]
Bảng 4.5. Bảng định dạng nút 10I8
Bảng 4.6. Bảng lựa chọn chiều dày 5E16.0
Bảng 4.7. Bảng lựa chọn OFFSET (E16.0)
Bảng 4.8. Bảng lựa chọn tỉ lệ nút 10I8
Bảng 4.9. Bảng dịch các ký hiệu viết tắt

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ dập thủy cơ
Hình 1.2. Chi tiết mui ôtô
Hình 1.3. Các chi tiết vỏ ôtô và các chi tiết khác của ôtô
Hình 1.4. Các loại thùng đựng nhiên liệu
Hình 1.5. Bình hứng dầu

Hình 1.6. Các sản phẩm của động cơ phản lực và máy bay
Hình 1.7. Các sản phẩm gia dụng
Hình 1.8. Các chi tiết khác
Hình 1.9. Các sơ đồ dập thủy tĩnh
Hình 1.10. Các sơ đồ dập thủy tĩnh cặp vật liệu tấm
Hình 1.11. Tấm nắp (coverplate)
Hình 1.12. Các bộ phận của ôtô
Hình 1.13. Các sản phẩm từ phôi ống
Hình 1.14. Các sơ đồ và mô hình dập xung điện thủy lực
Hình 1.15. Các sản phẩm từ dập xung điện thủy lực
Hình 1.16. Sơ đồ quá trình dập thủy cơ các chi tiết dạng vỏ mỏng
Hình 1.17. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng dập vuốt thông thường
Hình 1.18. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng dập vuốt thủy cơ
Hình 1.19. Biên độ sóng của phôi trong quá trình dập vuốt
Hình 1.20. So sánh trạng thái ứng suất – biến dạng khi dập thủy cơ với dập
vuốt thông thường
Hình 1.21. Sơ đồ đặc trưng cho quá trình dập thủy cơ chi tiết thành mỏng
Hình 2.1. Sơ đồ phân tích trạng thái ứng suất
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


9

Hình 2.2. Sơ đồ đặc trưng cho quá trình dập thủy cơ chi tiết thành mỏng
Hình 2.3. Sơ đồ dập vuốt thủy động
Hình 2.4. Sơ đồ tính toán lực ma sát trên đáy phôi
Hình 2.5. Sơ đồ tính lực ma sát trên phần hình trụ
Hình 2.6. Sơ đồ tính lực ma sát trên phần bán kính lượn của cối

Hình 2.7. Sơ đồ tính lực ma sát trên vành phôi
Hình 2.8. Sự phồng lên trong quá trình dập thủy cơ
Hình 2.9. Mối quan hệ giữa tỉ số chiều cao phồng và hệ số dập vuốt của vật
liệu Al6016-T4 và Al1050-H0
Hình 2.10. Các trường hợp hỏng khi tỉ số H/t khác nhau
Hình 2.11. Xác định vùng áp suất gây phồng cho từng vật liệu Al6016-T4 và
Al1050-H0
Hình 2.12. Áp suất biến thiên khi tạo phồng và không gây phồng
Hình 2.13. Phân bố biến dạng dẻo khi tạo phồng
Hình 2.14. Áp suất gây phồng quá cao
Hình 2.15.Trạng thái ứng suất khi chiều cao phồng quá lớn
Hình 2.16. Dập vuốt thủy cơ 3 lớp với tải trọng đồng bộ lên phôi
Hình 2.17. Thiết bị tạo hình
Hình 2.18. Mô hình phân tích trong mô phỏng số
Hình 2.19. Cup được tạo hình sử dụng lớp trong cùng và ngoài cùng có
phương cán khác nhau
Hình 2.20. Hình ảnh mặt cắt của cup
Hình 2.21. So sánh về sự phân bố chiều dày đối với lớp trong cùng và ngoài
cùng có các phương cán khác nhau (APP211-nhôm- APP211)
Hình 2.22. So sánh sự phân bố chiều dày khi sử dụng vật liệu có phương cán
khác nhau cho lớp trong cùng và lớp ngoài (DC04-màng nhôm-DC04)
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


10

Hình 2.23. Đường cong tải áp suất trong hốc cối
Hình 2.24. So sánh giữa lực chày trong mô phỏng và thực nghiệm

Hình 2.25. Cup đa lớp được tạo hình trong mô phỏng
Hình 2.26. Tấm giữa được tạo hình
Hình 2.27. Lực tiếp xúc theo phương X giữa các lớp
Hình 2.28. Sự phân bố chiều dày của tấm (phương cán RD00 – RD900)
Hình 2.29. Sơ đồ giới hạn tạo hình của lớp trong cùng (phương cán RD00 –
RD00)
Hình 2.30. Sơ đồ giới hạn tạo hình của lớp ngoài cùng (phương cán RD00 –
RD00)
Hình 2.31. Sơ đồ giới hạn tạo hình lớp giữa
Hình 2.32. Cup được tạo hình khi sử dụng đường tải áp suất khác nhau trong
hốc cối
Hình 2.33. Sơ đồ giới hạn tạo hình khi sử dụng đường tải áp suất khác

nhau

trong hốc cối
Hình 3.1. Bản vẽ chi tiết sản phẩm nồi 3 lớp
Hình 3.2. A - Lớp nhôm giữa; B – Lớp trong cùng và ngoài cùng của sản
phẩm nồi inôx 3 lớp
Hình 3.3. Nguyên công cắt hình
Hình 3.4. Chi tiết sau khi dập thủy cơ
Hình 3.5. Diện tích phần phôi bị chặn
Hình 3.6. Hệ thống chặn thuỷ lực
Hình 3.7. Sơ đồ dập thủy cơ sử dụng hệ thống chặn thuỷ lực
Hình 3.8. Bản vẽ thiết kế xylanh thuỷ lực
Hình 3.9. Sơ đồ điều khiển chặn thủy lực
Hình 3.10. Mô hình khi đặt điều kiện biên
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008

11

Hình 3.11. Chuyển vị tổng
Hình 3.12. Ứng suất VonMises
Hình 3.13. Biểu đồ lực dập - hành trình chày
Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý thuỷ lực của cối thuỷ cơ
Hình 3.15. Bơm piston hướng trục
Hình 3.16. Van an toàn (van một chiều)
Hình 3.17. Van một chiều có điều khiển
Hình 3.18. Van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng điện từ
Hình 3.19. Van phân phối điều khiển bằng thủy lực
Hình 3.20. Sự bố trí các phần tử thuỷ lực
Hình 3.21. Sơ đồ bố trí trạm nguồn thuỷ lực
Hình 3.22. Sơ đồ dập thủy cơ
Hình 3.23. Sơ đồ khối của hệ thống dập thủy cơ
Hình 3.24. Kết cấu máy dập thủy cơ
Hình 3.25. Kết cấu tấm chặn
Hình 3.26. Kết cấu tấm đế
Hình 3.27. Kết cấu chày
Hình 3.28. Kết cấu cối dập thủy cơ
Hình 3.29. Kết cấu hệ thống chặn thủy lực
Hình 3.30. Sơ đồ nguyên lý đo xác định áp suất chất lỏng, hành trình chày
Hình 3.31. Nguyên lý đo áp suất bằng cảm biến
Hình 3.32. Trụ biến dạng
Hình 3.33. Cầu đo Wheatston
Hình 3.34. Bản vẽ chi tiết của trụ biến dạng
Hình 3.35. Cầu đo Wheatston
Hình 3.36. Cốc biến dạng

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


12

Hình 3.37. Ống lót
Hình 3.38. Đai hãm
Hình 3.39. Thân vỏ
Hình 3.40. Cụm truyền áp
Hình 3.41. Cảm biến đo áp suất chất lỏng
Hình 3.42. Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.43. Cảm biến đo hành trình
Hình 3.44. Sơ đồ chức năng của bộ xử lý tín hiệu
Hình 3.45. Mạch khuyếch đại tín hiệu điện áp từ cảm biến chuyển đến
Hình 3.46. Bộ ADC574 chuyển đổi tín hiệu điện áp thành tín hiệu số
Hình 3.47. Bộ đo áp suất và hành trình chày
Hình 4.1. Những ưu điểm của mô phỏng
Hình 4.2. Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô phỏng
Hình 4.3. Bản chất của mô phỏng số và công nghệ ảo
Hình 4.4. A - Mô hình vật lý; B - Mô hình phần tử hữu hạn
Hình 4.5. Quá trình mô phỏng số
Hình 4.6. Những thông số biểu diễn của một phần mặt phẳng
Hình 4.7. Lỗi tìm phần tiếp xúc
Hình 4.8. Sắp xếp cánh kích thước để nhận biết phần gần nhất cho mỗi nút
phụ
Hình 4.9. Phần tiếp xúc được định nghĩa như phần chứa các nút phụ
Hình 4.10. Bề mặt tiếp xúc trên cơ sở vector chiếu vuông góc bề mặt giữa
Hình 4.11. Bề mặt chính và phụ phải được offset một khoảng cách bằng một

nửa chiều dày tổng trong khi nhập, điều này cho phép những phần được tự
động định hướng
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


13

Hình 4.12. Trong tiếp xúc mẫu 5, chiều dày cũng có thể được tính toán
Hình 4.13. Sự thâm nhập hay xảy ra khi chia lưới thô
Hình 4.14. Không phát hiện được sự thâm nhập do lượn tròn cạnh của phần tử
vỏ
Hình 4.15. Bài toán dập vuốt chày bán cầu
Hình 4.16. Lực tác động ngược trở lại: có và không có sự giảm tiếp xúc
Hình 4.17. Sự tinh xảo của bán kính cối
Hình 4.18. Sự dao động được khử hiệu quả bởi sự chia lưới tinh
Hình 4.19. Phần tử vỏ LS-DYNA. Số nút quay ngược chiều kim đồng hồ xác
định mặt phẳng đỉnh
Hình 4.20. Phương vật liệu (biểu diễn quan hệ cạnh 1-2 khi AOPT = 0 in
*MAT)
Hình 4.21. Định nghĩa đa lớp cán mỏng. Góc βI được định nghĩa cho lớp cán
mỏng i’th (điểm thích hợp), xem *SECTION_SHELL
Hình 5.1. Phôi tấm Φ405 ÷ Φ420 mm
Hình 5.2. Chặn
Hình 5.3. Chày
Hình 5.4. Cối
Hình 5.5. Nhập phôi và thiết bị
Hình 5.6. Mô hình chia lưới
Hình 5.7. Menu Setup

Hình 5.8. Hộp thoại New Simulation
Hình 5.9. General Interface
Hình 5.10. Hộp thoại định nghĩa phôi cho quá trình tạo hình
Hình 5.11. Tự động cài đặt 3 phôi
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


14

Hình 5.12. Thư viện vật liệu US
Hình 5.13. Định nghĩa vật liệu và tính chất vật liệu
Hình 5.14. Định nghĩa đường cong ứng suất - biến dạng
Hình 5.15. Định nghĩa đường cong giới hạn tạo hình
Hình 5.16. Bước định nghĩa phôi được hoàn thành
Hình 5.17. Định nghĩa thiết bị
Hình 5.18. Định nghĩa điều kiện tiếp xúc của cối, chày và chặn
Hình 5.19. Định nghĩa vị trí của thiết bị tạo hình
Hình 5.20. Vị trí quan hệ của thiết bị và phôi sau khi định nghĩa vị trí
Hình 5.21. Quá trình đóng khuôn
Hình 5.22. Quá trình dập thủy cơ
Hình 5.23. Định nghĩa áp suất bên trong cối
Hình 5.24. Áp suất chất lỏng tác dụng lên mặt đáy của phôi
Hình 5.25. Áp suất chất lỏng tác dụng lên mặt trên cùng của phôi
Hình 5.26. Định nghĩa các đường áp suất chất lỏng – thời gian
Hình 5.27. Chạy Animation
Hình 5.28. Hộp thoại Job
Hình 5.29. Window giải bài toán LS-DYNA
Hình 5.30. Biểu đồ giới hạn tạo hình

Hình 5.31. Biến dày trong quá trình tạo hình
Hình 5.32. Biến mỏng trong quá trình tạo hình
Hình 5.33. Mức độ biến dạng dẻo của các lớp
Hình 5.34. Ứng suất Von Mises
Hình 5.35. Ứng suất trung bình của các lớp
Hình 5.36. Biểu đồ lực tác dụng của từng cặp trong quá trình tạo hình
Hình 5.37. Biểu đồ lực tác dụng của các cặp trong quá trình tạo hình
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


15

Hình 5.38. Biểu đồ lực tác dụng của các cặp theo trục Z trong quá trình tạo
hình
Hình 5.39. Biểu đồ năng lượng
Hình 5.40. Biểu đồ năng lượng
Hình 5.41. Biểu đồ nội năng của phôi 3 lớp trong quá trình tạo hình
Hình 5.42. Biểu đồ các loại năng lượng trong quá trình tạo hình
Hình 5.43. Vị trí của thiết bị trong quá trình tạo hình
Hình 5.44. Chi tiết dập thủy cơ được tạo hình tốt
Hình 5.45. Chi tiết dập xuất hiện nhăn và rách nhiều

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


16

MỞ ĐẦU
Phương pháp dập thủy cơ tạo hình các chi tiết vỏ mỏng đa lớp hình dạng
phức tạp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện
đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, hóa học, vật lý, đồ gia dụng … nhờ những
ưu điểm nổi bật: tăng khả năng biến dạng của vật liệu, nâng cao độ chính xác
cũng như 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 dập thủy cơ chi tiết
vỏ mỏng đa lớp vẫn chưa được nghiên cứu một cách tổng quát cũng như ứng
dụng vào thực tế sản xuất tại Việt Nam. Trong luận văn này tác giả đã tính
toán, thiết kế công nghệ và ứng dụng phần mềm eta/Dynaform vào việc mô
phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết vỏ mỏng đa lớp nhằm tối ưu hóa công
nghệ, giảm giá thành sản phẩm và tiết kiệm được thời gian trước khi đưa vào
ứng dụng sản xuất.
Phương pháp tạo hình thủy cơ – một phương pháp công nghệ với đặc điểm
có sự kết hợp tác dụng của áp suất môi trường chất lỏng với dụng cụ gia công
tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến dạng của vật liệu. Đề tài “Nghiên cứu,
thiết kế công nghệ dập thủy cơ để chế tạo chi tiết vỏ mỏng dạng 3 lớp” có ý
nghĩa thực tiễn và lý thuyết cao. Nội dung của đề tài là nghiên cứu các thông
số công nghệ trong quá trình tạo hình thủy cơ các chi tiết vỏ mỏng đa lớp từ
phôi dạng tấm và khả năng ứng dụng của phương pháp này trong sản xuất.
Quá trình thực hiện đề tài này đã áp dụng một phương pháp nghiên cứu hiện
đại, tiến hành mô phỏng số quá trình biến dạng kim loại khi tạo hình thủy cơ
để khảo sát các thông số công nghệ nhằm tối ưu hóa quá trình tạo hình.
Trong phần nghiên cứu của luận văn đã xây dựng thiết bị thí nghiệm quá
trình tạo hình thủy cơ: khuôn dập thủy cơ và hệ thống đo các thông số công
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008

17

nghệ chính (áp suất chất lỏng trong xylanh, áp suất chất lỏng trong cối tạo
hình, chiều sâu dập vuốt…) trong điều kiện phòng thí nghiệm còn thiếu các
trang thiết bị thí nghiệm.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn (cả về lý
thuyết chuyên môn và thực nghiệm) và giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên khích
lệ kịp thời của thầy giáo hướng dẫn PGS. TS Phạm Văn Nghệ, TS Nguyễn
Đắc Trung trong Bộ môn Gia Công Áp Lực – Khoa Cơ Khí – Đại Học Bách
Khoa Hà Nội. Đồng thời, tác giả cũng nhận được sự hướng dẫn, đóng góp
những ý kiến quý báu của thầy giáo PGS. TS Đinh Bá Trụ, Viện Tên Lửa
trong việc xây dựng hệ thống đo các thông số công nghệ cùng các thầy giáo,
các bạn đồng nghiệp trong bộ môn Gia công áp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành tới sự hướng dẫn, động viên khích lệ và giúp đỡ quý báu này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, bạn bè tôi về sự
động viên và khích lệ về mặt tinh thần đã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn của
mình.
Hà Nội, tháng 11 năm 2008

Vũ Đức Quang

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


18

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH

THỦY LỰC
1.1. Vài nét về lịch sử phát triển của phương pháp tạo hình thủy lực
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
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
thạc sỹ tại ĐHBK-HN và Học viện KTQS…
1.1.2. 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 sanr
xuat. 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
dập thủy cơ để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp. Đặc điểm của
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008

19

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 dụng 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 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 tạo 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 vaf thuy tinh. Điều này
chứng tỏ dập thủy cơ đang thu hút sự quan tâm chú ý của các nước công
nghiệp 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 dang cau truc nhe
ngày càng tăng doi hoi công nghệ tạo hình phai dap ung cho no. 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 trưng 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
Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


20

công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm
được giới hạn trong một vài trường hợp 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, thiết bị, thiết kế

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 tấm kép, 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). Những 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 nhu 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).

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


21

1.1.3. Một số sản phẩm nhận được bằng phương pháp dập thủy lực
1.1.3.1. Sản phẩm dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing)

Hình 1.1. Sơ đồ dập thủy cơ
Phương pháp dập thủy cơ đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều
ngành công nghiệp: ôtô, hàng không, không gian, tàu thủy, gia dụng, công
nghiệp dân dụng …tại các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Đức,Nga,

Trung Quốc, Hàn Quốc …
Hiện nay do nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng ngày càng cao, ngày càng
đòi hỏi tính ưu việt trong các mặt hàng, các sản phẩm công nghiệp và dân
dụng dạng 3 lớp kim loại ngày càng chiếm ưu thế trên thị trường.
Hầu hết các sản phẩm mà yêu cầu cách nhiệt, cách điện đều được sản xuất
theo dạng 3 lớp ví dụ như, các thùng chứa, két chứa, các sản phẩm gia dụng
như nồi, chảo 3 lớp … đặc biệt là thùng chứa 3 lớp cần dùng trong ngành hoá
học, vật lý để đảm bảo an toàn khi sử dụng.

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008


22

Những sản phẩm này có ưu điểm vượt trội so với các sản phẩm một lớp
cùng chủng loại là chúng được sản xuất từ công nghệ dập bằng chất lỏng một công nghệ tiên tiến hiện nay, vì vậy sản phẩm đạt được có tính thẩm mĩ
cao, chất lượng tốt và đạt được các tính năng yêu cầu. Tạo hình bằng phương
pháp này cho ta sản phẩm không bị chày xước bề mặt như dập vuốt thông
thường, giảm được biến mỏng thành, độ biến dạng của chi tiết đồng đều, tạo
hình được các chi tiết phức tạp, giảm được số lần dập…
a) Các chi tiết vỏ ôtô:

Hình 1.2. Chi tiết mui ôtô

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008

23

Hình 1.3. Các chi tiết vỏ ôtô và các chi tiết khác của ôtô
b) Thùng đựng nhiên liệu (Fuel Tank):

Hình 1.4. Các loại thùng đựng nhiên liệu
c) Bình hứng dầu (oil sump):

Học viên: VŨ ĐỨC QUANG

Cao Học CNCK Khóa 2006 - 2008