Nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ chính trong Hot Spif cho vật liệu Titanium đảm bảo khả năng tạo hình với sai số kích thước nhỏ nhất

LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình của mình. Bố mẹ gia đình và vợ tôi luôn
là những người lặng lẽ động viên cho tôi trên con đường học tập và sự nghiệp của
mình.
Tôi không thể hoàn thành luận văn này nếu không có sự hướng dẫn tận tình của thầy
TS LÊ KHÁNH ĐIỀN. Thầy đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo tôi và có những lời khuyên
xác đáng kịp thời trong lúc tôi gặp khó khăn trong đề tài của mình.
Tôi xin cảm ơn quí thầy cô trong khoa cơ khí đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành
luận văn cũng như bỏ thời gian quí báu chấm nhận xét đề tài.
Tôi xin cảm ơn tất cả quí thầy cô đã tham gia giảng dạy chương trình thạc sĩ kĩ thuật
cơ khí 2016, quí thầy cô đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học
tập.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những người bạn thân thiết đã cùng tôi trải qua những nỗi
buồn, khó khăn trong suốt thời gian học tập.
TPHCM ngày 02 tháng 06 năm 2019

VŨ ĐỨC HIỆP

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

3


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

TÓM TẮT
Các chi tiết dạng tấm, thành mỏng được ứng dụng rất nhiều trong thực tế đời
sống và trong kỹ thuật như: gia công các chi tiết chuyên biệt, đơn lẻ trong công nghiệp
hàng không, ôtô, tàu thủy, vũ trụ, y tế, các bộ phận thay thế trên cơ thể người... Khi
gia công ta thường nghĩ ngay đến dập nóng, dập nguội (stamping), vuốt sâu (deep
drawing), kéo (stretching), uốn - gấp (blending - folding), vuốt sâu kết hợp áp lực khí
nén (Hydromechanical Deep Drawing), miết (Spinning)... Tuy nhiên các phương pháp
này đều cần phải có khuôn (chày hoặc cối, hoặc cả chày và cối) hoặc trên máy chuyên
dùng. Các phương pháp gia công này cho năng suất cao nhưng chỉ phù họp với loạt
sản phẩm lớn để bù vào chi phí sản xuất khuôn thiết bị chuyên dụng và khi muốn chế
tạo với số lượng nhỏ thì không thể áp dụng vì chi phí chế tạo khuôn quá cao. Do đó,
vào năm 1967, Eward Leszak lần đầu tiên đã đưa ra một phương pháp gia công tấm
không cần khuôn mới dựa vào chuyển động của dụng cụ điều khiển số. Phương pháp
này sử dụng một dụng cụ đơn giản làm biến dạng tấm kim loại được kẹp chặt trên bàn
máy để tạo ra hình dáng sản phẩm mong muốn.
Kỹ thuật tạo hình bằng biến dạng cục bộ liên tục (tên tiếng Anh là Incremental
Sheet Forming - ISF) được biết như một kỹ thuật tiềm năng mà có thể tạo hình kim
loại trên giới hạn tạo hình đối với các phương pháp truyền thống. Không giống những
quá trình biến dạng kim loại tấm khác, quá trình tạo hình bằng ISF không yêu cầu bất
kỳ chày hay khuôn chuyên dụng nào để tạo ra những hình dạng phức tạp, bởi vậy nó
giống như tạo mẫu nhanh. Nó chỉ sử dụng một dụng cụ tạo hình được điều khiển số
thông qua máy tính do đó quá trình tạo hình sản phẩm được kết nối linh hoạt với giai
đoạn thiết kế mô hình CAD, chi phí tạo ra sản phẩm giảm đi đáng kể và đặc biệt phù
họp cho việc gia công các loạt sản phẩm vừa và nhỏ, giảm giá thành sản phẩm. Trong
thời điểm hiện tại, các nghiên cứu đã tập trung vào hầu hết các khía cạnh của quá trình
gia công như: máy - thiết bị, dụng cụ tạo hình, các thông số ảnh hưởng đến gia công
(đường kính dao, chiều dày tấm, vận tốc quay trục chính, điều kiện tiếp xúc, loại vật

liệu...). Các nhóm nghiên cứu đang cố gắng nghiên cứu đặc trưng biến dạng tấm kim
loại xảy ra trong quá trình gia công. Có nhiều giả thuyết đã được đặt ra nhưng chưa
có một sự thống nhất giữa các tác giả. Thêm vào đó là việc dự đoán và giải thích quá
trình phá hủy vật liệu (góc tạo hình lớn hơn góc giới hạn mới làm cho chi tiết bị rách)
chưa được đề cập. Các nghiên cứu trước đây hầu hết thực hiện ở nhiệt độ phòng. Ở
nhiệt độ này ta chỉ

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

6


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

áp dụng đối vói các vật liệu có độ cứng, độ bền thông thường như: nhôm, đồng, thép,
nhựa nhiệt dẻo... còn vói vật liệu dạng tấm có độ cứng, độ bền cao như: thép không gỉ,
họp kim nhôm-đồng, nhôm-Magiê, Titanium... Các vật liệu này rất khó biến dạng và
định hình vì khả năng đàn hồi cao. Tuy nhiên, nếu ta xác định được các thông số công
nghệ chính phù hợp (đặc biệt là nhiệt độ) cho vật liệu thì có thể ứng dụng công nghệ
biến dạng cục bộ liên tục đơn điểm ở nhiệt độ cao (HOT SPIF) để gia công các vật liệu
này.
Đề tài cao học“ Nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ chính trong HOT
SPIF cho vật liệu titanium đảm bảo khả năng tạo hình với sai số kích thước nhỏ
nhất” nhằm tối ưu 4 thông số: nhiệt độ T(°C), tốc độ chạy dụng cụ Vxy(mm/p), chiều
sâu tiến dụng cụ theo phương z (mm) và đường kính dụng cụ (D) để có được góc tạo
hình a lớn nhất và sai số kích thước nhỏ nhất (tối ưu 2 mục tiêu) đối với vật liệu
Titanium thông qua quy hoạch thực nghiệm, tạo hình mẫu Titanium tấm trên máy
chuyên ISF tại xưởng CAD-CAM, đo kết quả góc tạo hình trên mẫu, sử dụng phần

mềm Minitab 18 để phân tích phương sai (Anova), xác địng phương trình hồi qui và
tối ưu hóa 4 thông số điều khiển để đạt được khả năng biến dạng cao nhất của Ti tấm.
Một lần nữa, học viên cao học xin chân thành cảm ơn thầy Lê Khánh Điền và
PTN trọng điểm quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật Hệ thống (DCSELAB) đã hỗ trợ
máy móc và thiết bị, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành
luận án này để thực hiện các thí nghiệm phục vụ đề tài này.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

7


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

SUMMARY
The details of sheets and thin walls are applied a lot in real life and in techniques
such as: processing specific and single details in the aviation industry, automobiles,
ships, space and health. , replacement parts on human body ... When processing, we
often think of hot stamping, cold stamping (stamping), deep drawing (deep drawing),
scissors (stretching), blending - folding, claw Hydromechanical Deep Drawing,
Spinning ... However, these methods need to have molds (pestles or mortars, or pestles
and mortars) or on specialized machines. These machining methods are highly
productive but are only suitable for a wide range of products to make up for the cost
of manufacturing specialized equipment molds and when you want to make small
quantities, you cannot apply them because of the manufacturing costs. The mold is too
high. Therefore, in 1967, Eward Leszak first introduced a new method of sheet-free
machining based on the motion of a digital control device. This method uses a simple
device that deforms the metal plate that is fastened on the table to create the desired

product shape.
Incremental Sheet Forming - ISF is a potential technique that can form metal on
the forming limit for traditional methods. Unlike other sheet metal deformations, the
ISF shaping process does not require any specialized pestle or mold to create complex
shapes, so it is like rapid prototyping. It uses only a numerically controlled imaging
device through a computer so that the product shaping process is flexibly connected to
the CAD model design phase, the cost of creating products decreases significantly and
Especially suitable for processing small and medium products, reducing product cost.
In the present time, the research has focused on almost all aspects of the processing
process such as: machine - equipment, forming tools, parameters affecting machining
(tool diameter, thickness plate, spindle rotation speed, contact conditions, material type
...). Research groups are trying to study the characteristics of metal sheet deformation
occurring during processing. There are many theories that have been put forward but
there is no agreement among the authors. Add to that the prediction and explanation
of the process of destroying materials (the angle of forming greater than the new limit
angle makes the part torn) not mentioned. Previous studies mostly performed at room
temperature. At this temperature, we only apply to materials with normal hardness,
durability such as aluminum, copper, steel, thermoplastic ... also with sheet materials
with high hardness and durability such as: stainless steel rust, aluminum-

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

8


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

copper alloy, aluminum-magnesium, Titanium ... These materials are difficult to

deform and shape because of their high resilience. However, if we determine the
appropriate main technological parameters (especially temperature) for the material, it
is possible to apply high temperature single-point continuous deformation technology
(HOT SPIF) to Processing these materials.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

9


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

MỤC LỤC
Tóm tắt ...................................................................................................................... 6
Chương l:Tổng quan, mục tiêu và nhiệm yụ nghiên cứu .................................. 10
1.1 Giới thiệu về công nghệ biến dạng cục bộ liên tục đơn điểm ở nhiệt độ cao
(HOT SPIF) ........ .. ............................ . ....................................... . ............... 10
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước...................................................... 14
1.3 Các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các thông số trong quá trình gia
công ............................................................................................................... 15
1.4 ...............................................................................................................
Các nghiên cứu về độ dày và độ chính xác hình học .............................................. 16
1.5 Các nghiên cứu về khả năng tạo hình và dự đoán lỗi ....................................... 16
1.6 Các nghiên cứu về phân tích giải tích .............................................................. 17
1.7 Các nghiên cứu về mô phỏng số đối với quá trình SPIF .................................. 18
1.8 Các nghiên cứu sử dụng phần mềm ABAQUS ............................................... 19
1.9 Các nghiên cứu sử dụng phần mềm LS-DYNA ............................................... 19
1.10 Các nghiên cứu về HOT SPIF ...................................................................... 21

1.11 ..............................................................................................................
Mục tiêu của đề tài luận văn thạc sĩ ........................................................................ 26
1.12 ..............................................................................................................
Nội dung và đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 26
1.13 Phương pháp tiếp cận ..................................................................................... 26
1.14 Kết quả hướng đến ......................................................................................... 27
1.15 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................... 27
Chương 2:Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 29
2.1 Lý thuyết về biến dạng dẻo............................................................................... 29
2.2 Giới thiệu về Titanium ..................................................................................... 32
2.2.1 Hợp kim Titanium ......................................................................................... 34
2.2.2 ứng dụng của Titanium ................................................................................. 41
CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

4


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

2.2.3 Biến dạng dẻo Titanium ............................................................................... 47
2.2.4 Tính chất cơ nhiệt của Titanium .................................................................. 53
2.2.5 Thí nghiệm kéo nén Titanium ở nhiệt độ cao .............................................. 53
2.2.6 Phuơng pháp tối uu hóa ............................................................................... 57
2.2.7 Tóm tắt chuông ............................................................................................. 58
Chương 3: Qui hoạch thực nghiệm ...................................................................... 59
3.1 Mã hóa các thông số ảnh hưởng ...................................................................... 59
3.2 Phân tích phương sai anova .............................................................................. 61
3.3 Thành lập phương trình hồi qui ........................................................................ 66

Chương 4: Tối ưu hóa các thông số công nghệ ................................................... 79
4.1 Xây dựng biểu đồ quan hệ giữa các thông số công nghệ với góc tạo hình và sai
số kích thước ............................................................................................................ 81
4.2 Tối ưu hóa các thông số công nghệ cho khả năng tạo hình lớn
nhất ........................................................................................................................... 91
4.3 Tối ưu hóa các thông số công nghệ cho trường họp sai số kích thước nhỏ nhất..
................................................................................................................................. 94
4.4 Tối ưu hóa cho bài toán hai mục tiêu ............................................................... 96
Kết luận .................................................................................................................. 100
Hướng phát triển của đề tài .................................................................................... 100
Tài liệu tham khảo................................................................................................ 101

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

5


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiêu về công nghê biến dạng cục bộ liên tục đơn điểm ở nhiêt đô cao
(HOT SPIF)
Năm 1967, Leszak [42] phát minh một phương pháp tạo hình kim loại không dùng
khuôn bằng cách sử dụng chuyển động của dụng cụ được điều khiển số. Phương pháp
này sử dụng một dụng cụ đơn giản, biến dạng tù vật liệu kim loại dạng tấm theo từng
lớp để đạt được hình dạng của sản phẩm hoàn thiện. Tuy nhiên, tại thời điểm đó, khả
năng áp dụng điều khiển số còn hạn chế, do vậy việc ứng dụng phương pháp này vào
thực tiễn vẫn còn chưa khả thi.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện toán hỗ trợ quy trình CADCAM-CNC, nhiều kỹ thuật tạo mẫu nhanh trên tấm đã ra đời. Các kỹ thuật này có thể
áp dụng tốt trong quá trình sản xuất đơn chiếc, nhỏ hay vừa và có thể ứng dụng trong
nhiều ngành công nghiệp: ô tô, hàng không, y học... Tuy nhiên, trong hầu hết các
phương pháp tạo mẫu trên tấm đều cần đến khuôn mẫu cho mô hình cần gia công. Do
đó nhu cầu một phương pháp tạo hình đơn giản và ít tốn kém hơn ra đời. Có thể thấy
rằng trong chi phí sản xuất một sản phẩm tấm thông thường thì giá trị của khuôn mẫu
chiếm tỉ lệ cao. Do đó, ý tưởng về một công nghệ tạo mẫu nhanh trên tấm không cần
dùng khuôn ra đời.
Single Point Incremental Forming (SPIF): Tạo hình bằng công nghệ tạo hình
cục bộ liên tục đơn điểm, lực tác dụng trên một bên mặt của tấm còn mặt kia để biến
dạng tự do (giống công nghệ miết nhưng không cần khuôn, tấm không xoay tròn mà
dụng cụ tạo hình sẽ chuyển động). Phương pháp này không cần dùng khuôn có hình
dáng của sản phẩm mà chỉ cần có tấm tựa dưới có hình dáng đơn giản thường có dạng
là chu vi của sản phẩm và tấm kẹp trên để giữ cố định phôi tấm cần tạo hình (hình
1.1). SPIF có đồ gá và dụng cụ tạo hình đơn giản.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

10


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

Hình 1.1 Sơ đồ gia công tấm bằng phương pháp SPIF
Two Point Incremental Forming TPIF tạo hình bằng biến dạng cục bộ liên tục hai
điểm có lực tạo hình tác dụng trên cả hai mặt của tấm (tương tự công nghệ miết có
khuôn nhưng tấm không xoay tròn mà chuyển động của dụng cụ tạo hình sẽ tạo hình
bằng cách miết lên mặt tấm tựa hay dưỡng tạo phần lồi).

Tấm kẹp-^Dụng CỊ1-

-Duỡng tạo phần lồi

XỊ
mrn

Ị

N

Chi tiết
Thân đồ gá

____

a)

b)

Hình 1.2 TPIF.a) Trước gia công, b) Đang gia công
Phương pháp này ngoài tấm tựa dưới như SPIF còn cần phải dùng thêm dưỡng tạo
phần lồi cố định. Toàn bộ đồ gá và tấm tựa dưới sẽ di chuyển xuống theo đầu dụng cụ
tạo hình còn dưỡng tạo phần lồi thì cố định trên bàn máy.
SPIF bị giới hạn là không thể tạo các chi tiết tấm vừa lõm vừa có vùng lồi còn
TPIF dùng thêm dưỡng, kết cấu đồ gá có thể chuyển động hạ xuống, nâng lên cùng
với đầu dụng cụ tạo hình, do đó phạm vi tạo hình rộng hơn có thể tạo hình các chi tiết
tấm vừa lõm vừa có vùng lồi.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

11


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

Hai phương pháp này được gọi chung là công nghệ tạo hình cục bộ liên tục chi
tiết dạng tấm không dùng khuôn Incremental Sheet Forming (ISF).

Hình 1.3 Quy trình tạo sản phẩm từ công nghệ ISF
Công nghệ này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong vài thập
niên trở lại đây [1, 2,3,5]. Một trong những ưu điểm của phương pháp này là không
yêu cầu khuôn đắt tiền và thiết bị phức tạp, giảm thời gian chuẩn bị và gá đặt. Công
nghệ ISF sử dụng máy CNC để tạo hình vật liệu tấm với dụng cụ biến dạng đầu chỏm
cầu không cạnh cắt. Tấm vật liệu được kẹp chắc trên một khung và gá chắc chắn trên
bàn máy CNC. Dụng cụ tạo hình sẽ được lập trình chạy theo biên dạng sản phẩm và
biến dạng tấm theo từng lóp vật liệu cho đến khi hoàn chỉnh hình dạng thực của sản
phẩm. Khả năng biến dạng của công nghệ này hơn hẳn công nghệ truyền thống nên
có thể thực hiện với các mô hình phức tạp và đáp ứng việc tạo mẫu nhanh cho các sản
phẩm làm từ vật liệu tấm (kim loại tấm hoặc polymer tấm). Thời gian để tạo hình sản
phẩm từ giai đoạn mô hình hóa 3D sản phẩm đến tạo hình bằng công nghệ này có thể
chỉ mất một ngày với chi phí gia công rất thấp.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

12

LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỂN NGÀNH KỸ THUẬT cơ KHỈ.

.HỌC VIỀN:VŨ ĐỨC HIỆP

Chi tiết có hình dạng phức tạp có thể được tạo hình bằng cách sử dụng máy gia
công điều khiển số (CNC). Quá trình sử dụng dữ liệu CAD chính xác để miêu tả chi
tiết tạo hình. Không yêu cầu có nguyên công gia công bằng tay đáng kể và vì thế khả
năng lặp lại của quá trình rất tổt. Hạn chế của quá trình là thời gian tạo hình tương đối
dài. Vì lý do này, ISF có thể thực hiện được trong tạo mẫu và sản xuất loạt nhỏ. Kỹ
thuật tạo hình cục bộ liên tục được phát triển trong khoảng một thập niên gần đây.
Không giống những quá trình biến dạng kim loại tấm khác, quả trình tạo hình
tấm bằng biến dạng cục bộ liên tục không yêu cầu bất kỳ chày hay khuôn chuyên dụng
nào để tạo ra những hình dạng phức tạp, bởi vậy nó giống như tạo mẫu nhanh. Quá
trình sử dụng một dụng cụ đầu dạng cầu (không có lưỡi cắt), tiêu chuẩn, đường kính
có thể nhỏ hơn rất nhiều so với chi tiết được gia công. Suốt quá trình biến dạng, dụng
cụ di chuyển theo một chuỗi các đường cong kín theo hình dạng cuối cùng của chi tiết
và biến dạng mở rộng dần cho đến hình dạng mong muốn. Sự biến dạng chỉ hạn chế
trong vùng xung quanh dụng cụ. Những vùng không tỉếp xúc vối dụng cụ sẽ không bị
biến dạng. Quá trình tạo hình tấm cục bộ liên tục được thực hiện trên nguyên tắc gia
công theo lớp, ở đây mô hình được chia nhỏ thành từng lát cắt ngang. Đường chạy dao
được điều khiển số được lập trình sử dụng đường viền của những lát cắt này.
Đầu những năm của thập niên 90, có một sổ nghiên cứu công bố về phương
pháp này trong lĩnh vực kim loại tấm [1,10, 23,24] nhưng còn nhiều hạn chế trong

CBHD:TS LỂ KHẢNH ĐIỀN

13

LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

nghiên cứu. vấn đề về độ chính xác của phương pháp này vẫn còn là một thách thức
vì thế chúng chưa trở thành một phương pháp có thể ứng dụng đại trà trong công
nghiệp.
Đến cuối năm 2005, phương pháp đã này trở thành một trong các chủ đề của
nhiều hội nghị khoa học trên thế giới, nhiều nghiên cứu khoa học được công bố giúp
từng bước hiểu rõ mối quan hệ giữa các thông số và quá trình biến dạng của công nghệ
tạo hình kim lọai tấm này [1, 2, 3, 14].
Công nghệ SPIF thích họp cho các loạt sản phẩm vừa và nhỏ, giảm giá thành
sản phẩm. Trong thời điểm hiện tại, các nghiên cứu đã tập trung vào hầu hết các khía
cạnh của quá trình gia công như: máy - thiết bị, dụng cụ tạo hình, các thông số ảnh
hưởng đến gia công (đường kính dao, chiều dày tấm, vận tốc quay trục chính, điều
kiện tiếp xúc, loại vật liệu...), cơ chế biến dạng [3, 8, 11, 14, 16, 21]. Các nhà nghiên
cứu đang cố gắng giải thích đặc trưng biến dạng của tấm xảy ra trong quá trình gia
công [17, 19, 21, 30]. Có nhiều giả thiết được đặt ra nhưng chưa có một sự thống nhất
giữa các tác giả. Thêm vào đó là việc dự đoán và giải thích quá trình phá hủy vật liệu
cũng chưa được đề cập.
Các nghiên cứu trước đây hầu hết được thực hiện ở nhiệt độ phòng với vật liệu
nhôm, đồng, thép mềm... [20]. Còn đối với các vật liệu có độ cứng, độ bền cao như:
thép không gỉ, họp kim nhôm-đồng, nhôm-Magiê, Titanium... rất khó biến dạng và
định hình vì khả năng đàn hồi cao. Tuy nhiên, nếu ta xác định được nhiệt độ phù họp
thì có thể ứng dụng công nghệ SPIF để gia công các vật liệu này. Khi đó công nghệ
HOT SPIF ra đời.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Công nghệ SPIF tại nhiệt độ phòng đã được nhóm tác giả tại Phòng thí nghiệm
trọng điểm Quốc gia về Điều khiển số & Kỹ thuật hệ thống (DCSELAB) thực hiện
nghiên cứu vào năm 2009. Các thí nghiệm được thực hiện tại DCSELAB thông qua

một số đề cấp trọng điểm Đại học Quốc gia và đề tài cấp Quốc gia do GS. TS Nguyễn
Thanh Nam dẫn đầu. Nhóm tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu theo hướng phát triển công
nghệ này. Bên cạnh đó, nhóm cố gắng tìm hướng ứng dụng của công nghệ cho phù
hợp với điều kiện của Việt nam và gần đây, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu nghiên cứu
công nghệ HOT SPIF cho vật liệu INOX, đạt được một số kết quả bước đầu.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

14


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỂN NGÀNH KỸ THUẬT cơ KHỈ.

.HỌC VIỀN:VŨ ĐỨC HIỆP

Hình 1.5 Hệ thống gia công với đồ gá cố gia nhiệt
Jeswiet et al. [1] đã tổng hợp các kết quả về sử dụng công nghệ SPIF cho đến
năm 2005. Kể từ thời điểm đó, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành sâu hơn về công
nghệ này và ứng dụng của nó trong công nghiệp. Vì vậy, học viên cao học sẽ phân
tích các kết quả nghiên cứu chinh của thế giới về khả năng biến dạng, phân tích số
liệu, mô phỏng và dự đoán khuyết tật trong vòng từ năm 2005 trở lại đây.
1.3 Các nghiên cứu về sự ảnh hvửng của các thông số trong quá trình
gỉa công:
Các thông sổ trong quá trình gỉa công bao gồm tốc độ chạy dụng cụ
Vxy(mm/p), chiều sâu tiến dụng cụ theo phương z Áz(mm), tốc độ quay của trục chính,
đường kính dụng cụ (D), độ dày của tấm, loại vật liệu, w.... Ảnh hưởng của các thông
số này thường được nghiên cứu bằng các kết quả số liệu thí nghiệm dựa trên lý thuyết
quy hoạch thực nghiệm (DOE). Các nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của
các thông số này tới khả năng bỉến dạng của vật liệu [2], lực biến dạng [3], điều khiển
trực tiếp [4] và độ chính xác kích thước [5]. Các nghiên cứu đã cho thấy rằng bốn tham

sẻ ảnh hưởng chinh đến khả năng biến dạng của vật liệu sử dụng phương pháp SPIF
là tốc độ chạy dụng cụ Vxy(mm/p), chiều sâu tiến dụng cụ theo phương z Az(mm),
loại vật liệu và đường ldnh dụng cụ (D).

CBHD:TS LỂ KHẢNH ĐIỀN

15


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

1.4 Các nghiên cứu về độ dày và độ chính xác hình học
SPIF được biết đến như một công nghệ chế tạo linh hoạt, không dùng khuôn,
bằng công nghệ này, tấm kim loại biến dạng cục bộ tại bề mặt tiếp xúc và biến dạng
tự do tại mặt đối diện. Do đó, khả năng tạo hình và độ chính xác kích thước là hai
thông số quan trọng cần được nghiên cứu trong công nghệ SPIF. Các nghiên cứu nhằm
cải thiện khả năng tạo hình và độ chính xác kích thước của sản phẩm được đưa ra để
hoàn thiện các ưu điểm về tính linh hoạt và không dùng khuôn của công nghệ SPIF.
Đã có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề này trong những năm gần đây. Nghiên cứu của
Ambrogio et al. [6] đã chế tạo tấm đỡ mắt cá chân với sai số nhỏ hơn lmm. Leach [7]
khẳng định độ chính xác ±2mm có thể đạt được khi gia công biến dạng các sản phẩm
bất đối xứng. Duflou đã chế tạo mô hình thu nhỏ bồn nước nóng năng lượng mặt trời
bằng công nghệ này với độ chính xác -1.8 - 5.4mm.
Phương pháp tiếp cận chính để tăng độ chính xác kích thước của sản phẩm là
hiệu chỉnh chính xác đường chạy dao. Xây dựng đường chạy dao chuẩn xác được coi
như kỹ thuật bù cơ bản trong lập trình gia công theo đường bằng máy CNC. Hirt [8]
đã xây dựng hệ thống bù sai số dựa trên CMM và thuật toán hiệu chỉnh chính xác
thông số hình học. Ambrogio [4] cũng phát triển và đánh giá hệ thống bù sai số hình

học dựa trên mô hình quy hoạch thực nghiệm. Micari [5, 10] đưa ra một số phương
pháp khác để nâng cao độ chính xác kích thước như dùng đồ gá linh động, gia công
nghịch chiều, thay đổi áp lực, dùng dụng cụ đa điểm. Tuy nhiên các phương pháp này
không ổn định và làm giảm độ linh hoạt của quá trình gia công. Do đó, hiệu chỉnh
đường chạy dao và bù sai số vẫn là kỹ thuật tốt nhất để nâng cao độ chính xác kích
thước của sản phẩm mà không làm giảm độ linh hoạt của quá trình gia công.
1.5 Các nghiên cứu về khả năng tạo hình và dự đoán lỗi
Công nghệ tạo hình sản phẩm không dùng khuôn giúp khả năng biến dạng của
vật liệu hơn hẳn các phương pháp truyền thống. Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng việc xây
dựng biểu đồ giới hạn biến dạng (FLD) thông thường không thể dự đoán được các lỗi
hư hỏng của các sản phẩm [2, 4, 5]. Thay vào đó, biểu đồ giới hạn biến dạng phá hủy
(FFLD) được đưa ra để dự đoán lỗi hư hỏng bằng phương pháp này. Nhiều nhà nghiên
cứu đã công bố các nghiên cứu liên quan đến xây dựng biểu đồ FFLD dựa trên các
nghiên cứu thực nghiệm về đứt, gãy lớp kim loại xảy ra trong quá trình biến dạng với
các sản phẩm có hình dạng khác nhau. Với mỗi hình

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

16


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

dạng, một tập họp các điểm phá hủy được xây dựng dựa trên các biểu đồ thực nghiệm
FFLD [3,24,23,21].
Một số tác giả đưa ra cơ chế giải thích khả năng biến dạng cao khi dùng công
nghệ SPIF. Eyckens [27] khẳng định rằng khả năng biến dạng tốt của phương pháp
này là do các đường biến dạng răng cưa xảy ra do dụng cụ tạo hình di chuyển trên bề

mặt tấm. Đường biến dạng răng cưa được xây dựng bằng việc lấy biến dạng chính lớn
nhất là hàm của biến dạng phụ lấy tại phần tử khối trong miền hình thành của lớp trên
cùng. Các đường biến dạng có hình răng cưa bởi vì khi dụng cụ tạo hình có bán kính
nhỏ và có ảnh hưởng tới vùng lân cận nên các hạt ở các vùng này có thể bị bào mòn
lặp đi lặp lại nhiều lần. Do đó, nó gây ra sự tăng giảm khả năng biến dạng đối với vật
liệu dẻo.
Emmens [17], Silva [19, 20], Martin [29], Allwood [21] giải thích khả năng
biến dạng tốt trong SPIF là do tồn tại biến dạng trượt trong bề dày tấm và do cơ chế
tấm kim loại bị kéo căng trong khi bị uốn (BUT) [17, 18].
1.6 Các nghiên cứu về phân tích giải tích
Một số tác giả đã cố gắng để phát triển các tính toán phân tích một số thông số
liên quan đến công nghệ SPIF. Các kết quả nghiên cứu trong khía cạnh giải tích số
được tóm tắt như sau:
Iseki [23,24] phát triển một phân tích sự thay đổi chiều sâu của tấm sau biến
dạng trong thí nghiệm cơ tính để dự đóan biến dạng của vật liệu trong quá trình SPIF
nhiều giai đọan. Các tác giả đã sử dụng mô hình biến dạng phẳng và hình thành biểu
đồ FLD mô tả mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng. Sau đó, mô hình FEM được
thiết lập để phân tích biến dạng cục bộ được sử dụng để tính chiều sâu của tấm và sự
phân bố ứng suất - biến dạng. Kết quả này cũng có thể dự đóan được chiều dày biến
dạng của vật liệu trong SPIF.
Pohlak [25] thực hiện phân tích số đối với lực tạo hình dựa trên mô hình lý
thuyết được đơn giản hóa do Iseki đề xuất để tính toán các thành phần lực. Tác giả
cũng đã tính đến ảnh hưởng của độ bất đẳng hướng của vật liệu. Kết quả cho thấy có
sự phù hợp giữa mô hình phân tích số và thực nghiệm về độ lớn của lực, thành phần
của lực theo 3 phương, và tỷ lệ giữa chúng.
Duflou [26] xác định mối quan hệ giữa các thông số gia công (chiều sâu bước,
đường kính dụng cụ, góc tạo hình, độ dày tấm) bằng cách sử dụng DOE. Từ

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

17


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

phân tích DOE, phương trình hồi quy giữa lực tạo hình và các thông số công nghệ
được rút ra để dự đoán lực tạo hình cho các hình dạng sản phẩm phức tạp khác chế
tạo bằng phương pháp SPIF. Aerens [27] tiếp tục công việc này và mở rộng cho năm
loại vật liệu. Họ thu được một mô hình hồi quy quan trọng cho phép tính toán các
thành phần lực dọc và tiếp tuyến trong một trạng thái tĩnh với một độ chính xác tốt.
Ngoài ra, tác giả còn thực hiện mô phỏng số để đánh giá lại các phân tích lý thuyết.
Filice [28] đã phát triển một phương pháp điều khiển và theo dõi trực tiếp trạng
thái của các thông số công nghệ trong quá trinh SPIF. Đe làm được như vậy, tác giả
đã tiến hành các thí nghiệm sơ bộ để đánh giá ảnh hưởng của tùng thông số công nghệ
đến thành phần lực tiếp tuyến. Sau đó, phân tích thống kê được áp dụng để thu được
được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ được gọi là "biến theo dõi". Mối quan
hệ này rất quan trọng để có thể thực hiện các chiến lược điều chỉnh thông số, cho phép
dự đoán được gradient lực.
Silva [29] và Martins [30] sử dụng lý thuyết màng để phát triển mô hình lý thuyết
cho SPIF. Trạng thái ứng suất và biến dạng được phân thành ba dạng tương ứng với
ba chế độ cơ bản của biến dạng: i) Bề mặt phẳng chịu biến dạng phẳng; ii) các bề mặt
đối xứng quay chịu biến dạng kéo phẳng; iii) vùng góc lập phương chịu biến dạng
theo hai phương. Tù phân tích này, các tác giả có thể giải thích được khả năng tạo
hình, trạng thái ứng suất - biến dạng, phá hủy tấm, ứng suất thủy tĩnh...
1.7 Các nghiên cứu về Mô phỏng số đối với quá trình SPIF
Mô phỏng số với quá trình SPIF là một nhiệm vụ rất phức tạp so với quá trình
thông thường do mô hình lớn và phức tạp, hành trình di chuyển của dụng cụ rất dài.
Một yếu tố phi tuyến (mô hình không đối xứng, vật liệu, điều kiện tiếp xúc) bao hàm

trong quá trình mô phỏng gây mất thời gian tính toán rất lớn. Rất khó để có thể thực
hiện việc tối ưu hóa mô phỏng quá trình SPIF với một mô hình đầy đủ. Cả hai chương
trình tích hợp tường minh hoặc ấn của mô hình số đã được sử dụng cho quá trình SPIF.
Một bất lợi lớn nhất của phương pháp mô phỏng quá trình SPIF là tốn thời gian tính
toán. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng để tìm nhiều giải pháp giải quyết vấn đề này [12,
31,32,33,34,35,36,37,38]. Những phương pháp phố biến để tăng tốc độ mô phỏng
(time scale, mass scale) được sử dụng trong chương trình mô phỏng tích phân tường
minh. Hầu hết các nhà nghiên cứu đều đi tới kết luận rằng tích phân tường minh nhanh
hơn rất nhiều so với tích phân hàm

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

18


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

ẩn. Tuy nhiên, tính chính xác của kết quả mô phỏng phụ thuộc vào các yếu tố ảnh
huởng và đặc điểm mô hình hóa. Hai chuông trinh đuợc sử dụng rộng rãi trong mô
phỏng số cho quá trình SPIF là ABAQUS và LS-Dyna.
1.8 Các nghiên cứu sử dụng phần mềm ABAQUS
Bambach [12] đã sử dụng cả hai thuật toán implicit và explicit solver để mô
phỏng quá trình SPIF. Tác giả so sánh các dạng phần tử khác nhau trong môi truờng
ABAQUS để mô hình hóa mô phỏng mô hình côn. Kết quả cho thấy rằng thời gian mô
phỏng với thuật toán implicit tăng rất nhiều do các vấn đề phi tuyến nhu điều kiện tiếp
xúc thay đổi liên tục trong quá trình mô phỏng. Đe giảm bớt thời gian mô phỏng, tác
giả đã tăng chiều sâu xuống dao và đơn giản hóa đuờng chạy dao. Đuờng chạy dao
không bắt đầu tù đáy côn mà nó bắt đầu từ đỉnh côn. Chiều sâu xuống dao đuợc giả sử

rất lớn (5mm) so với thục tế để giảm thời gian chạy dao.
Henrard [31] so sánh các tham số tính toán tiêu chuẩn mô phỏng giữa
ABAQUS/Explicit và phần mềm tụ viết LAGAMINE. Mô phỏng chỉ thục hiện trên
mô hình bán phần của côn 50° để đánh giá ảnh huởng của luới, lục tác dụng của dụng
cụ lên độ chính xác hình học của tấm biến dạng.
Robert [32] sử dụng ABAQUS/Explicit để mô phỏng quá trình SPIF với việc
cải tiến đuờng chạy dao xoắn ốc để tránh ảnh huởng của điểm xuống giao. Khi đó, tác
giả duy trì đuợc động năng duới 10%. Bằng việc sử dụng time scale nên thời gian mô
phỏng giảm đáng kể.
Eyckens [16, 27, 32] sử dụng ABAQUS/Standard để mô phỏng SPIF. Tác giả
sử dụng kỹ thuật FE sub-modeling để cải tiến việc mô hình hóa vùng biến dạng dẻo
trong quá trình SPIF. Kết quả cho thấy rằng phân bố áp suất tiếp xúc giữa tấm kim loại
và dụng cụ là khác nhau. So sánh sụ phân bố áp suất tiếp xúc duới các điều kiện làm
việc khác nhau phát hiện ra sụ tiếp xúc có thể bị tách ra khỏi (gián đoạn) hai chi tiết.
Trong mô phỏng này, tác giả chỉ sử dụng một phần mô hình khoảng 40°.
1.9 Các nghiên cứu sử dụng phần mềm LS-DYNA
Yamashita [34] nghiên cứu các dạng đuờng chạy dao bằng cách mô phỏng số
trong DYNA3D. Tác giả sử dụng giải thuật explicice để mô phỏng mô hình kim tụ
tháp với hai thay đổi chiều cao của nó. Bốn loại đuờng chạy dao đuợc nghiên cứu sụ
ảnh huởng của nó đến khả năng biến dạng và lục tác dụng trong quá trình di

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

19


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

chuyển. Mô hình biến dạng được xem xét cẩn thận đối với mỗi dạng đường chạy dao
và tác giả cũng xét cả phân bố biến dạng theo chiều dày. Ảnh hưởng của mật độ của
vật liệu tấm và tốc độ biến dạng được phân tích trước để xác định điều kiện tính toán
cho các ứng dụng thực tiễn trong DYNA3D. Điều kiện tính toán được tối ưu bằng
cách giảm thời gian mô phỏng mà không gây các hiệu ứng quán tính của việc biến
dạng vật liệu.
Qin [35] cũng sử dụng giải thuật explicit solver để mô phỏng mô hình kim tự
tháp 45 độ có kích thước (100x150mm) với SPIF. Mô phỏng sử dụng chiều sâu xuống
dao rất lớn (2mm và 4mm) nhưng tổng chiều cao của mô hình chỉ là 20mm. Tác giả
xem xét ảnh hưởng của hai khả năng tăng hiệu suất mô phỏng là mass scale và time
scale với ba giá trị khác nhau. Kết quả cho thấy thời gian tính toán khi áp dụng mass
scale giảm đáng kể nhưng đường biến dạng chỉ giảm ít. Trong trường họp sử dụng
time scale với hệ số 5000 thì gây sai số hình học khoảng 0.2mm. Tác giả đề nghị kết
hợp cả time scale và mass scale sẽ làm giảm đáng kể thời gian mô phỏng quá trình
SPIF.
Ambrogio [3,4,5,9] cũng sử dụng explicit solver với phần tử vỏ để nghiên cứu
ảnh hưởng của các tham số quan trọng đối với độ chính xác kích thước hình học của
sản phẩm. Tác giả cũng sử dụng time-scaling để tăng tốc độ mô phỏng. Vận tốc dụng
cụ được tăng 40 lần thì tỷ số giữa động năng và tổng năng lượng là 10%. Mô phỏng
số cho kết quả khá chính xác với thực nghiệm.
Dejardin [37] mô phỏng quá trình SPIF với thuật toán explicit và sử dụng phần
tử vỏ tối giản. Tác giả sử dụng kỹ thuật tạo lưới thích nghi để cải thiện chất lượng lưới
trong suất quá trình mô phỏng. Đặc biệt, hiện tượng đàn hồi của tấm sau quá trình tạo
hình cũng được xem xét bằng giải thuật implicit solver. Tác giả kết luận rằng thuật
toán implicit solver chính xác hon thuật toán explicit.
Skjoedt [19,20,29] cũng sử dụng thuật toán explicit solver để mô phỏng quá
trình SPIF với phần tử vỏ đầy đủ. Tác giả đầu tư vào ảnh hưởng của phưong tạo hình
cho bằng việc so sánh mô phỏng với thí nghiệm thực. Time-scaling được sử dụng với
hệ số 1000 và 1500 làm giảm đáng kể thời gian mô phỏng. Tác giả kết luận là độ chính
xác kích thước hình học, phân bố chiều dày tấm từ kết quả mô phỏng số rất phù hợp

với kết quả thực nghiệm thực...

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

20


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỂN NGÀNH KỸ THUẬT cơ KHỈ.

.HỌC VIỀN:VŨ ĐỨC HIỆP

1.10 Các nghiên cứu về HOT SFIF
Công nghệ SPIF cho thấy một khả năng biến dạng rất cao vật liệu kim loại tấm
(so với các phương pháp truyền thống) và là một phương pháp linh động. Nó hứa hẹn
những ứng dụng tiềm năng cho vật liệu kim loại nhẹ theo hướng tăng độ biến cứng và
khả năng thiết kế lớn hơn. Trong thời điểm hiện nay, có nhiều nỗ lực để thực hiện
cồng nghệ này đối vởi hợp kim magiê AZ31 được liệt kê sau đây:
Ambrogio et al. [39] thực hiện nghiên cứu đầu tiên về việc áp dụng công nghệ
SPIF để biến dạng tấm AZ31 SPIF. Tác giả đã thiết kế một buồng gia nhiệt lõi điện
trở và có thể điều khiển được nhiệt độ của tấm kim loại. Nghiên cứu tập trung vào việc
xác định các giới hạn khả năng tạo hình của AZ31 cũng như các mối tương quan giữa
các thông số công nghệ và khả năng tạo hình bằng cách sử dụng một kế hoạch thí
nghiệm (DOE). Trong phạm vi nhiệt độ 200~300°c, các thí nghiệm được thực hiện để
đánh giá ảnh hưởng của đường kính dụng cụ, chiều sâu xuống dao và nhiệt độ thỉ
nghiệm. Kết quả cho thấy rằng khả năng tạo hình của AZ31 tăng đáng kể. Các ảnh
hưởng của nhiệt độ và chiều sâu tiến dụng cụ khá quan trọng, trong khi đường kính
dụng cụ ảnh hưởng không đáng kể. Khả năng tạo hình tốt nhất đạt được ở 250°c.

Clamp

Hình 1*6 Hệ thống gia nhiệt sợi đốt [39]
Ji [40] khảo sát công nghệ SPIF cho AZ31 trong một khoang rộng của nhiệt độ
thí nghiệm (100-250°C). Tác giả đã thực hiện các thí nghiệm kiểm tra cơ tính của vật
liệu ở các nhiệt độ khác nhau để đánh giả ảnh hưởng của nhiệt độ đổỉ với biến dạng
trong phương ngang và phương đối xứng tại 20°c, 50°c, 100°c, 150°c, 200°c và 250°c.
Kết quả cũng cho thấy khả năng tạo hình tăng theo nhiệt độ. Các
CBHD:TS LỂ KHẢNH ĐIỀN

21


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

thí nghiệm và mô phỏng số của công nghệ SPIF được thực hiện sau đó với mô hình
côn ở các nhiệt độ khác nhau. Tác giả đề xuất một khái niệm mới để cải thiện khả
năng tạo hình cho phép vượt quá giới hạn tạo hình của mô hình nón với góc nghiêng
lớn hơn.
Zhang et al. [41] khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo tấm AZ31
đối với mức độ bất đẳng hướng trong SPIF. Nghiên cứu này tập trung vào bốn loại
tấm AZ31 được chế tạo bằng các phương pháp khác nhau. Các phương pháp chế tạo
bao gồm đùn nóng, cán nóng, cán nguội. Các tác giả rút ra kết luận rằng cán nóng, cán
nguội - cán tấm với kích thước hạt của 5-15pm có độ bất đẳng hướng nhỏ. Những
dạng còn lại ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tạo hình, nhưng nó giảm bớt ảnh hưởng
độ bất đẳng hướng khi tăng nhiệt độ. Các tác giả cũng đề nghị rằng tấm AZ31 chế tạo
bằng phương pháp cán nóng có khả năng tạo hình tốt nhất đối với quá trình SPIF.
Chất lượng bề mặt của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện bôi trơn và
chiều sâu xuống dao [1]. Các phương pháp bôi trơn để giảm ma sát giữa dụng cụ tạo
hình và bề mặt tấm đã được nghiên cứu trong SPIF với AZ31 tấm. Các tác giả đã thí

nghiệm công nghệ SPIF với các phương pháp bôi trơn khác nhau như than chì, M0S2
rắn, Nano K2TÌ4O9. Chúng được sử dụng trong hai phương pháp bôi trơn: bôi trơn bằng
chổi quét, dùng phương pháp PAO trong quá trình SPIF với AZ31. Kết quả cho thấy
phương pháp bôi trơn PAO cho chất lượng bề mặt tốt. Phương pháp bôi trơn bằng
chổi với Nano- K2TÌ4O9 trong hỗn hợp với chì rắn hoặc M0S2 có hệ số ma sát khoảng
0,07-0,1. Nó phù hợp với các điều kiện ma sát và bôi trơn trong công nghệ SPIF cho
chất lượng bề mặt tốt nhất.
Nghiên cứu của David Adams[ll] dùng hai điện cực, một là dụng cụ tạo hình
và một là tấm kim loại làm cho tấm kim loại bị đốt nóng. Đây là một bài báo ngắn,
ông chỉ giới thiệu công nghệ SPIF ở nhiệt độ cao trên vật liệu kim loại có độ cứng
bình thường và ứng dụng của HOT SPIF chứ chưa nghiên cứu sâu ảnh hưởng của các
thông số đến quá trình tạo hình và độ chính xác kích thước của sản phẩm. Phương
pháp này có nhược điểm rất lớn đó là nhiệt độ phân bố không đều trên tấm, cụ thể là
ngay tại vị trí tiếp xúc giữa dụng cụ và tấm kim loại là nơi nóng và dễ rách nhất.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

22


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

Hình 1.7 Nghiên cứu của David Adams [11]
Nghiên cứu của Lê Văn Sỹ [42] về ảnh huởng của ba thông số công nghệ nhiệt
độ T (200°C-r300°C), buớc tiến theo phuong z (0,2-ỉ-lmm) và tốc độ chạy dụng cụ
Vxy (1000-^6000mm/ph) đến khả năng tạo hình và chất luợng bề mặt của tấm hợp
kim nhôm A1010 và hợp kim magie AZ31. Đuờng chạy dụng cụ đuợc sử dụng là quỹ
đạo hình xoắn ốc. Mô hình khảo sát là hình nón cụt đuờng sinh cong. Kết quả cho thấy

nhiệt độ ảnh huởng lớn nhất đến góc tạo hình của hợp kim nhôm và hợp kim magie
trong khi ảnh huởng của buớc tiến Az đối với độ nhấp nhô bề mặt là lớn nhất. Thiết
bị gia nhiệt đuợc sử dụng dựa vào hiệu ứng June-Lenze.

Hình 1.8 Hệ thống gia nhiệt bằng dòng một chiều [42]
Chi tiết gia công đuợc nối với hai cục của dòng điện một chiều cuờng độ cao
sẽ nóng lên theo hiệu ứng June-Lenze. Nhiệt độ của tấm đuợc nhận biết bằng cặp
nhiệt. Điện cục đuợc làm mát bằng hệ thống làm mát bằng nuớc. ưu điểm của phuong
pháp này là thời gian gia nhiệt nhanh, kiểm soát nhiệt độ khá chính xác. Nhuợc điểm:
chỉ gia công đuợc vật liệu dẫn điện, nhiệt sinh ra phụ thuộc vào điện trở suất của chi
tiết nên đối với những vật liệu dẫn điện tốt cần nguồn có cuờng độ rất cao.

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

23


LUẬN VĂN THẠC sĩ CHUYỀN NGÀNH KỸ THUẬT cũ KHÍ.

■HỌC VIỀN :VỮ ĐỨC HIỆP

Fan và cộng sự [43] đã sử dụng phương pháp gia nhiệt như của David Adams
để nghiên cứu khả năng tạo hình của tấm hợp kim magie AZ31 và hợp kim titan. Mô
hình sử dụng là hình nón cụt với các góc tạo hình thay đổi từ 30° đến 90°. Các thông
số công nghệ được xét đến là cường độ dòng điện, tốc độ chạy dụng cụ, đường kính
dụng cụ, bước tiến theo phương z và điện trở. Tác giả nhận thấy rằng phương pháp
này dễ điều khiển và các thông số công nghệ có ảnh hưởng đến khả năng tạo hình. Cụ
thể là khi tăng dòng điện thì khả năng tạo hình tăng, trong khi nếu tăng tốc độ chạy
dụng cụ, đường kính dụng cụ và bước tiến Az thì khả năng tạo hình giảm.

Hình 1.9 Thí nghiệm của Fan [43]
Một phương pháp gia nhiệt cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết
nữa là dùng tia lazer của Duflou [26].

Hình 1.10 Gia nhiệt bằng Lazer của Doflou [26]

CBHD:TS LÊ KHÁNH ĐIÈN

24