Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm

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

NGUYỄN THỊ THU

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo
hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm
Ngành: Kỹ thuật vật liệu
Mã số: 9520309

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
Hà Nội – 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội

2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


1
A. MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Dập thủy tĩnh (DTT) phôi tấm là một hướng nghiên cứu
trong công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp. Công nghệ
này cho phép dập các chi tiết rỗng, đặc biệt chi tiết có hình dạng
phức tạp ngay cả đối với các vật liệu khó biến dạng. Ở Việt Nam,
đã có một số công trình nghiên cứu về công nghệ DTT, tuy nhiên
để có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuất cần phải có những
nghiên cứu chuyên sâu để có thể làm chủ công nghệ này. Do vậy
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và kích
thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi
tấm” sẽ là trọng tâm và mục tiêu nghiên cứu của luận án
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
• Mục đích của luận án
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và
kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy
tĩnh phôi tấm.
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng cụ thể: chi tiết dạng trụ như hình 1.26
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong miền:
- Vật liệu thép tấm DC04
- Chiều dày phôi: So = (0.8; 1.0; 1.2) mm ứng với chiều
dày tương đối S* = 0.73; 0.91; 1.09 (với đường kính phôi ban
đầu Do = 110 mm)
- Chiều sâu tương đối của cối: H*= h/d*100 = 23; 26; 29
(Tương ứng với các chiều sâu h = 16; 18; 20 mm và đường kính

cối d = 70 mm)
- Áp suất tạo hình (áp suất lòng cối) Pth = 0÷600 bar
- Áp suất chặn (lực đóng khuôn) Qch= 0 ÷150 bar
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa
nghiên cứu phân tích lý thuyết, mô phỏng số với nghiên cứu thực
nghiệm.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• Ý nghĩa khoa học
- Xây dựng và phát triển cơ sở khoa học để giải thích ảnh
hưởng của thông số hình học của khuôn; thông số hình học của


2
phôi và thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy tĩnh phôi tấm.
Xây dựng được mối quan hệ giữa lực chặn phôi, chiều
sâu tương đối của cối và chiều dày tương đối của phôi với áp suất
chất lỏng tạo hình, bán kính đáy sản phẩm và mức độ biến mỏng.
• Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể định hướng cho
triển khai áp dụng trong thực tiễn sản xuất. Có thể áp dụng vào
sản xuất các sản phẩm dạng tấm tương tự với dải kích thước phù
hợp. Ngoài ra, với các sản phẩm có kích thước lớn hơn, phương
pháp nghiên cứu của luận án cũng có thể được áp dụng để nghiên
cứu và sản xuất trong thực tiễn.
- Góp phần xây dựng hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh
phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo. Hệ thống thí nghiệm của luận
án có thể được dùng để nghiên cứu và phát triển các vấn đề khác
trong DTT phôi tấm. Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được sử
dụng như một thiết bị thí nghiệm phục vụ cho sinh viên đại học

và học viên cao học để hiểu hơn về công nghệ DTT.
5. Các đóng góp mới của luận án
- Xác định được mối quan hệ giữa áp suất chặn, chiều sâu
tương đối của cối, chiều dày tương đối của phôi với áp suất tạo
hình, mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm, bán kính đáy sản
phẩm làm cơ sở tiến hành tối ưu hóa các thông số công nghệ khi
dập chi tiết dạng trụ;
Phân tích và xác định ảnh hưởng của các thông số công
nghệ, kích thước hình học cối tới việc hình thành bán kính đáy
sản phẩm và mức độ biến mỏng của sản phẩm
6. Bố cục của luận án
Luận án thể hiện đầy đủ các mục theo quy định chung, bao
gồm các phần chính sau:
- Chương 1. Tổng quan về công nghệ dập tạo hình bằng chất
lỏng cao áp
- Chương 2. Mô phỏng số quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm
- Chương 3. Hệ thống thực nghiệm
- Chương 4. Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm
bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm
- Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài.


3
B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP
TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎNG CAO ÁP
1.1. Khái quát công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp
Dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp (HPF – High Pressure
Forming) là một quá trình tạo hình vật liệu bằng việc sử dụng
chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi, làm

biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của cối (Dập thủy tĩnh) hoặc
biên dạng của chày kết hợp với một số chuyển động của khuôn
(Dập thủy cơ).
1.1.1 Công nghệ dập thủy cơ
Dập thủy cơ (DTC) là phương pháp tạo hình vật liệu nhờ
nguồn chất lỏng cao áp được sinh ra do chuyển động cơ khí của
dụng cụ tạo hình.
1.1.2. Công nghệ dập thủy tĩnh
Dập thủy tĩnh (DTT) là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng
công tác có áp suất cao (dầu, nước) có chức năng như chày dập
tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tấm hoặc phôi ống
làm biến dạng phôi theo biên dạng của lòng cối để tạo hình chi
tiết.

Hình 1. 3 Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm [65]
1.2. Tổng quan về kết quả nghiên cứu về công nghệ dập thủy
tĩnh phôi tấm
1.2.1. Trên thế giới
Qua khảo sát các tài liệu, bài báo công bố trong vòng 30 năm qua
và đặc biệt trong 5 năm trở lại đâu có thể tổng kết, các nhà khoa
học trên thế giới tập cung vào các vấn đề sau:
- Công nghệ và các thông số cơ bản
- Các phương pháp tạo hình
- Phát triển thiết bị và khuôn


4
- Vật liệu sử dụng cho DTT
1.2.2 Tại Việt nam
Với những ưu điểm nổi trội so với công nghệ GCAL truyền

thống, công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp đã được các nhà khoa
học tại Việt Nam quan tâm từ khoảng hơn 10 năm trở lại đây, các
nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát quá trình DTT phôi
ống, quá trình DTC. Tuy nhiên, nghiên cứu riêng về công nghệ
DTT để chế tạo các chi tiết từ phôi tấm tại Việt Nam vẫn còn
mới, những nghiên mới chỉ ở giai đoạn tìm hiểu công nghệ ban
đầu.
1.3. Phân tích đánh giá các nghiên cứu hiện nay
Những vấn đề đã được các tác giả trong nước và trên thế
giới thực hiện bao gồm:
- Đã có những nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ứng suất, các
nghiên cứu về trạng thái phá hủy trong DTT phôi tấm; đã nghiên
cứu về các phương pháp DTT nhằm làm tăng năng suất cũng như
khả năng tạo hình như dập cặp chi tiết, DTT kết hợp dập vuốt
thuông thường, DTT kết hợp DTC; phương pháp gia nhiệt trong
quá trình DTT phôi tấm...;
- Xây dựng được hệ thống chặn thông minh, điều khiển theo
hành trình, hệ thống chặn đàn hồi nhằm làm tăng mức độ kéo
phôi trong quá trình DTT;
Những vấn đề chưa được khai thác rõ hoặc chưa được
nghiên cứu bao gồm:
- Đối với chi tiết dạng trụ, cơ chế tạo hình khác so với chi tiết
dạng cầu, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào làm rõ vấn đề này;
- Chưa có công trình nào làm rõ mối quan hệ giữa các yếu tố
về thông số công nghệ, hình dạng hình học cối tới khả năng tạo
hình sản phẩm trụ một cách khái quát, cụ thể giữa các yếu tố áp
suất chặn, chiều sâu tương đối của cối, chiều dày tương đối của
phôi tới việc chất lượng sản phẩm (cụ thể là bán kính đáy sản
phẩm và mức độ biến mỏng lớn nhất).
- Tại Việt Nam, việc thiết kế, xây dựng, chế tạo hệ thống

khuôn dập tích hợp với hệ thống đo có khả năng triển khai thực
tiễn là vấn đề rất quan trọng để nghiên cứu công nghệ DTT, tuy
nhiên cũng chưa có hệ thống thiết bị phù hợp cho DTT chi tiết
trụ;


5
Luận án sẽ tập trung nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa
các thông số công nghệ và thông số hình học khuôn để tạo hình
khi DTT phôi tấm, từ đó xác định chế độ công nghệ hợp lý nhằm
đạt được độ chính xác sản phẩm cao nhất.
1.4 Cơ sở lý thuyết về dập thủy tĩnh phôi tấm
1.4.1 Quá trình DTT phôi tấm
Quá trình DTT phôi tấm có thể chia thành 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: đóng khuôn. Phôi tấm được định vị và kẹp
chặt giữa vành cối và tấm chặn nhờ lực chặn, sau đó chất lỏng
được bơm vào khuôn, tác dụng vào bề mặt phôi tấm.
- Giai đoạn 2: tạo hình tự do. Phôi tấm bị kéo vào lòng cối
dưới tác dụng của áp suất chất lỏng, phôi phồng lên và hình thành
dạng chỏm cầu.
- Giai đoạn 3: điền đầy lòng khuôn. Áp suất chất lỏng tăng
cao, đủ lớn để ép phôi kim loại biến dạng vào các vị trí góc lượn
đáy cối và tạo ra hình dạng sản phẩm.
1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự do
Giai đoạn biến dạng tự do được bắt đầu từ khi phôi bị phồng dưới
tác dụng của áp suất chất lỏng cho đến khi phôi chạm vào đáy
cối.
1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng khuôn
Khi điền đầy lòng khuôn, áp suất chất lỏng sẽ tăng cao hơn nhiều
so với giai đoạn biến dạng tự do.

1.5. Xác định mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án
+ Mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Xác định ảnh hưởng của áp suất chặn Qch, chiều sâu tương đối
của cối H* và chiều dày tương đối của phôi S* tới áp suất chất
lỏng tạo hình cần thiết.
- Xác định ảnh hưởng của các thông số Qch, H*, S* tới việc hình
thành bán kính đáy sản phẩm Rd.
- Xác định ảnh hưởng của các thông số Qch, H*, S* tới mức độ
biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax.
- Xây dựng hệ thống khuôn, thiết bị phù hợp với điều kiện
nghiên cứu và ứng dụng.
+ Đối tượng nghiên cứu:
- Chi tiết có dạng trụ, kích thước như hình 1.26
- Vật liệu: DC04 với dải chiểu dày (0.8 ÷ 1.2) mm


6

Hình 1. 26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu
Kết luận chương 1
Qua phân tích về các nghiên cứu về công nghệ DTT trong
nước và trên thế giới cho thấy công nghệ này có nhiều ưu điểm
trong việc tạo hình các chi tiết từ phôi tấm.
Thông qua nghiên cứu tổng quan, luận án xác định được nội
dung, mục tiêu và đối tượng cần nghiên cứu.
Từ nghiên cứu lý thuyết cho thấy, chưa có mô hình toán học
để xác định mối quan hệ giữa các thông số (Qch, H*, S*) với các
thông số (Rd, γmax, Pth). Do vậy cần thiết phải sử dụng mô phỏng
số để xác định xu hướng ảnh hưởng cũng như giới hạn vùng làm
việc của các thông số công nghệ, phục vụ nghiên cứu thực

nghiệm
Chương 2. NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ
TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM
2.1. Mô phỏng số trong Gia công áp lực
Có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả
trong ngành Gia công áp lực là mô phỏng vật lý và MPS.
2.2 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm với phần
mềm Dynaform
2.2.1 Lựa chọn chi tiết
Chi tiết cần khảo sát được lựa chọn như hình 1.33
Với kích thước sản phẩm lựa chọn ta có:
- Đường kính phôi: Do = 110 mm
𝑑
- Hệ số dập vuốt m = = 0.63
𝐷𝑜

2.2.2. Vật liệu phôi
Vật liệu sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm là thép DC04
có chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của thép DC04 [46]
Mác
C (%)
Mn(%)
P(%)
S(%)
thép
DC04
max 0.08 max 0.4
max 0.03 max 0.03

7
Vật liệu DC04 đang xét có hệ số dập vuốt tới hạn [m] = 0.53,
như vậy việc lựa chọn kích thước sản phẩm và phôi có hệ số dập
vuốt m=0.63 là hợp lý để sản phẩm được tạo hình trong một lần
dập.
Bảng 2. 2 Đặc tính kỹ thuật của thép DC04 [46]
Mác
Cơ tính
Mác thép
thép
tương đương
Rm
Re
δ
ρ
Russia(Mpa) (%) (kg/cm3) GOST 08kp
DC04 (Mpa)
314-412 210-280 38
7.8*10-3
2.2.3. Thiết lập bài toán quá trình tạo hình
a) Xây dựng mô hình hình học
b) Mô hình vật liệu biến dạng.
Vật liệu DC04 được cán nguội, sau đó được ủ. Nên khi kéo
theo các phương thì sự sai lệch về ứng suất không nhiều. Do vậy
giả thiết vật liệu đẳng hướng. Đường cong ứng suất- biến dạng
khi kéo vật liệu như hình 2.3.

Hình 2.3 Đường cong ứng suất – biến dạng của vật liệu DC04
c) Thiết lập điều kiện biên

- Điều kiện tiếp xúc: nên hệ số ma sát giữa phôi và bề mặt
cối cũng như giữa phôi là tấm chặn lựa chọn là µ = 0.2
- Điều kiện biên chuyển vị:
Cối đứng yên; Phôi bị kéo vào lòng cối dưới tác dụng của áp
suất chất lỏng; Quá trình kết thúc khi phôi điền đầy cối.
- Điều kiện biên áp suất chặn và áp suất tạo hình:
Áp suất chặn: Việc lựa chọn giá trị áp suất chặn đưa vào phần
mềm dựa vào các nghiên cứu trên thế giới [57, 86] cho sản phẩm


8
có kích thước tương tự và khảo sát cụ thể miền giá trị phù hợp
bằng mô phỏng thử nghiệm.
Áp suất chất lỏng: Lựa chọn giá trị áp suất chất lỏng tạo hình
dựa trên các nghiên cứu cho sản phẩm có kích thước tương tự
[57, 86] và quá trình thử nghiệm mô phỏng.
d) Chọn bài toán
Mô hình sau khi được thiết lập vào Dynaform có thể tiến
hành tính toán mô phỏng. Mô hình bài toán được lựa chọn là DTT
tấm đơn.
2.2.4 Các thông số đầu vào và đầu ra của bài toán mô phỏng
Bảng 2.4 Thông số phôi
Vật liệu
DC04
Đường kính phôi
110 mm
Chiều dày So
0.8 mm; 1.0 mm; 1.2 mm
Chiều dày tương đối S* =
0.73; 0.91; 1.09

𝑆𝑜
∗ 100
𝐷
𝑜

Bảng 2.5 Thông số đầu vào của cối chất lỏng
Đường kính lòng cối
dc = 70 mm
Chiều sâu lòng cối
Hc = 16, 18, 20, 22 mm
Bán kính miệng cối Rmc
Rmc = 5 mm
Bán kính đáy cối Rdc
Rdc = 6 mm
Chiều cao tương đối của cối
H* = 23; 26; 29
ℎ𝑖
H*= 𝑑 ∗ 100
𝑜

Bảng 2.6 Thông số công nghệ số đầu vào
Áp suất chặn phôi Qch
Qch = 25÷ 125
(bar)
Bảng 2.7 Các thông số mục tiêu đầu ra trong quá trình tạo hình
Áp suất chất lỏng tạo hình
Pth
(bar)
Bán kính đáy sản phẩm
Rd

(mm)
Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax
(%)
của sản phẩm
2.2.5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp
Áp suất chặn được coi là thích hợp khi đảm bảo được các
yêu cầu đối với sản phẩm như:
- Chiều sâu tương đối H* phải đảm bảo theo thiết kế


9

Áp suất tạo hình Pth (bar)

- Tạo hình được sản phẩm phải có dạng hình trụ với bán
kính đáy Rd
Bảng 2.7 Các miền giá trị khảo sát của áp suất chặn và áp suất
tạo hình
S*
H*
Qch (bar)
0.73
23
60÷125
26
65÷120
29
70÷115
0.91
23

65÷130
26
70÷125
29
75÷120
1.09
23
70÷135
26
75÷130
29
80÷125
Tổng hợp từ bảng 2.7, miền áp suất được lựa chọn thích
hợp để khảo sát cả 3 loại chiều dày tương đối của phôi và 3 loại
chiều sâu tương đối của cối là Qch = (80 ÷ 115) bar.
2.2.6 Khảo sát quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo
hình Pth
Từ kết quả khảo sát miền giá trị mô phỏng trên, mối quan
hệ giữa áp suất chặn và áp suất tạo hình được thiết lập.
550
500
450
H*=29
400

H*=23

350

H*=26

300
60

80

100

120

Áp suất chặn phôi Qch (bar)
Hình 2. 8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.73


Áp suất tạo hình Pth (bar)

10
550
500
450
H*=29
400

H*=23

350

H*=26

300

60

80

100

120

Áp suất chặn phôi Qch (bar)

Áp suất tạo hình Pth
(bar)

Hình 2. 9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.91
600
550
500
450
400
350
300

H*=29
H*=23
H*=26
60

80

100

120

Áp suất chặn phôi Qch (bar)
Hình 2. 10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =1.09

Nhận xét chung: Qua các đồ thị hình 2.8, 2.9, 2.10 cho thấy
xu hướng áp suất chặn tăng thì áp suất chất lỏng tạo hình cũng
tăng lên. Qua khảo sát, dải áp suất tạo hình phù hợp cho cả 3 loại
chiều dày phôi được lựa chọn là Pth = (350 ÷ 550) bar.
2.2.7 Khảo sát quan hệ áp suất chặn Qch với bán kính sản
phẩm Rd
Qua khảo sát đã xây dựng được đồ thị quan hệ của áp suất
tạo hình Pth và bán kính bán kính đáy sản phẩm Rd như sau:


Bán kính đáy sản phẩm
R d (mm)

11
6,70
6,60
6,50
6,40
6,30
6,20
6,10
6,00
5,90

H*=23
H*=29
H*=26

60
80
100
Áp suất chặn phôi Qch (bar)

120

Bán kính đáy sản
phẩm Rd (mm)

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của
phôi S* = 0.73
8,50
8,00
7,50

H*=29

7,00

H*=23
H*=26

6,50
60

80

100

120

Áp suất chặn Qch (bar)

Bán kính đáy sản
phẩm Rd (mm)

Hình 2. 14 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của
phôi S* = 0.91
13,00
12,00

H*=29

11,00

H*=23

10,00

H*=26

9,00

60

80
100
120
Áp suất chặn Qch (bar)

Hình 2. 15 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của
phôi S* = 1.09

Tổng hợp từ 3 đồ thị hình 2.13; 2.14; 2.15 cho thấy:


12
- Các dạng đường đồ thị thể hiện quan hệ giữa áp suất chặn
phôi Qch và bán kính đáy Rd ở các trường hợp chiều dày tương
đối thay đổi và chiều sâu tương đối thay đổi là tương tự như nhau.
- Ảnh hưởng của áp suất chặn Qch đến bán kính đáy sản phẩm
Rd chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: áp suất chặn tăng thì bán kính đáy giảm thể hiện
ở nửa đường đồ thị bên trái các hình 2.13; 2.14; 2.15. Nguyên
nhân do lực chặn hợp lý khi tăng dần, phôi dễ kéo vào lòng cối
nên ngày càng áp sát theo biên dạng đáy cối.
Giai đoạn 2: áp suất chặn tăng thì bán kính đáy tăng lên, thể
hiện ở nửa đường đồ thị bên phải các hình 2.13; 2.14; 2.15. Ở
đây, nguyên nhân do áp suất chặn tăng, phôi khó kéo vào hơn
nên việc áp sát biên dạng lòng cối cũng khó hơn.
2.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất chặn Qch đến mức độ
biến mỏng của sản phẩm dập
Xét trong miền áp suất chặn khảo sát: Qch = (80 ÷ 115) bar

Hình 2.16 Phân bố biến mỏng biến dày tại Qch= 90 bar

- Từ kết quả mô phỏng cho thấy, chi tiết bị biến mỏng lớn
nhất tại vùng đáy sản phẩm (vùng màu đỏ).
- Chi tiết bị tăng dày phần ngoài biên vành, điểm này
giống với công nghệ dập vuốt truyền thống.
- Dựa vào ảnh đồ, xác định được vùng có mức độ biến
mỏng lớn nhất, và giá trị biến mỏng cao nhất thể hiện trên cột chỉ
màu. Đây cũng là giá trị được sử dụng để xác định mức độ biến
mỏng lớn nhất γmax.


13

Mức độ biến mỏng lớn nhất
γmax (%)

16
15
14
13
12
11

S* = 0.73

10

S* = 0.91

9

S* =1.09

8
70

80

90
100
Áp suất chặn Qch (bar)

110

120

Hình 2. 17 Mối quan hệ giữa biến mỏng lớn nhất γmax và
áp suất chặn Qch khi S*=0.73
Mức độ biến mỏng lớn nhất
γmax (%)

16
15
14
13
12
11

S* =0.73

10

S*=0.91

9

S* = 1.09

8
70

80

90

100

110

120

Áp suất chặn Qch (bar)

Mức độ biến mỏng lớn nhất
γmax (%)

Hình 2.18 Mối quan hệ giữa biến mỏng lớn nhất γmax và áp suất chặn
Qch khi S*=0.91
17
16
15

14
13
12
11
10
9
8

S* = 0.73
S*= 0.91
S* = 1.09
70

80

90
100
Áp suất chặn Qch (bar

110

120

Hình 2. 19 Mối quan hệ giữa biến mỏng lớn nhất γmax và áp suất chặn
Qch khi S*=1.09


14
Từ các đồ thị hình 2.17, 2.18, 2.19 cho thấy mức độ biến
mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào áp suất chặn phôi Qch, áp suất

chặn phôi tăng thì mức độ biến mỏng lớn nhất sẽ tăng.
Ở cùng chiều sâu tương đối của cối H*, cùng áp suất chặn
Qch, mức độ biến mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào chiều dày
tương đối S* của phôi. Chiều dày tương đối của phôi S* càng lớn
thì mức độ biến mỏng lớn nhất γmax càng giảm.
Ở cùng chiều dày tương đối S* được xét, cùng áp suất chặn
Qch, mức độ biến mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào chiều sâu
tương đối của cối H*. Chiều sâu tương đối H* tăng thì mức độ
biến mỏng lớn nhất γmax cũng tăng lênChiều sâu tương đối tăng
thì mức độ biến mỏng cũng tăng.
Kết luận chương 2
- Kết quả MPS cho thấy được xu hướng mối quan hệ giữa
các yếu tố được xét (Qch, H*, S*) với các yếu tố mục tiêu (Rd,
γmax, Pth). Điều này giúp định hướng việc đánh giá kết quả về mức
độ cũng như ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát sau này.
- Miền áp suất chặn hợp lý tìm được là Qch = (80 ÷ 115) bar,
tương ứng với miền giá trị áp suất tạo hình Pth = (350 ÷ 550) bar
sẽ làm cơ sở quan trọng cho việc xây dựng hệ thống thí nghiệm
và khảo sát thực nghiệm ở các chương sau.
Chương 3. HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM
3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm
Căn cứ vào các nghiên cứu về hệ thống thiết bị trong công
nghệ dập thủy tĩnh và yêu cầu của các thông số công nghệ cần
khảo sát, hệ thống thực nghiệm bao gồm 04 môđun được xây
dựng như trên sơ đồ hình 3.1
Các thành phần của hệ thống bao gồm:
- Máy ép thủy lực (METL) 125 Tấn
- Khuôn thực nghiệm.
- Hệ thống đo thông số áp suất – hành trình, kết nối với
máy tính.

- Bộ cấp chất lỏng cao áp Pmax =700 bar


15
Máy ép
thủy lực
Khuôn thủy tĩnh

Bộ cấp
chất lỏng
cao áp

Bộ đo
thông số

Hình 3. 1 Các thành phần của hệ thống thực nghiệm
3.1.1. Khuôn thực nghiệm
Cối được chế tạo với các chiều sâu khác nhau để phục vụ
việc khảo sát ảnh hưởng của chiều sâu khuôn tới chất lượng sản
phẩm.
3.1.2. Bộ cấp chất lỏng cao áp
3.1.3. Máy ép thủy lực
3.1.4 Hệ thống đo thông số công nghệ

Hình 3. 12 Hệ thống đo áp suất – hành trình.
Hệ thống đo lường đảm bảo độ nhạy, độ ổn định khi vận
hành. Hệ thống này có thể khảo sát được các thông số công nghệ
trong quá trình tạo hình dập thủy tĩnh vật liệu tấm.
Thiết bị đo bán kính
Việc đo bán kính sản phẩm sau khi dập tạo hình được tiến

hành trên máy đo quang học µM21.
Thiết bị đo chiều dày
Tiến hành trên máy chụp mẫu đo độ cứng tế vi FM700, Hãng
Future Tech.
3.2. Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm
Sau khi các module của hệ thống thực nghiệm được tính toán,
thiết kế, lựa chọn; đã tiến hành kết nối, lắp ráp các modul với
nhau


16

Hình 3. 18 Hệ thống thực nghiệm được lắp ráp
3.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm
+ Mức độ biến mỏng: mức độ biến mỏng γ ≤ 20%
+ Sai số kích thước: dung sai cho phép nhỏ hơn 5%
+ Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị cào xước…)
+ Sai số về hình dạng: không nhăn, rách.
3.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm
Yêu cầu đối với chi tiết thực nghiệm đạt chất lượng:
+ Mức độ biến mỏng lớn nhất: dựa vào các chỉ tiêu cho các sản
phẩm dập tấm ứng dụng trong dập chi tiết vỏ mỏng như vỏ xe
oto, nên yêu cầu cho sản phẩm dập không bị biến mỏng quá mức
dẫn đến hư hỏng chi tiết trong quá trình làm việc, hoặc phân bố
chiều dày trên sản phẩm phải đồng đều theo yêu cầu kỹ thuật của
chi tiết chế tạo, cụ thể mức độ biến mỏng γi ≤ 20% [81].
+ Sai số kích thước: đạt được các kích thước theo bản vẽ chi tiết
dập với các sai số nằm trong vùng dung sai kích thước cho phép
nhỏ hơn 5%.
+ Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị xước…)

+ Sai số về hình dạng, sản phẩm dập thủy tĩnh đạt yêu cầu chất
lượng: không nhăn, rách, không biến mỏng quá mức cho phép
(nhỏ hơn 20%), biến dày không quá mức cho phép là 25% [81].
Sau khi dập sản phẩm không đạt các yêu cầu kỹ thuật trên sẽ phải
loại bỏ (phế phẩm). Các chi tiết dập không nằm trong các dạng
hỏng trên thì được coi là đạt yêu cầu chất lượng, đây là căn cứ để
đánh giá kết quả mẫu thực nghiệm.
3.5. Thử nghiệm và so sánh với kết quả mô phỏng số


17
Để kiểm chứng các kết quả MPS phù hợp với thực tế, cần
phải so sánh kết quả thực nghiệm với MPS.
Xét một trường hợp cụ thể của quá trình mô phỏng như bảng
dưới đây:
Bảng 3. 2 Thông số đầu vào trường hợp mô phỏng kiểm chứng
Chiều sâu cối thủy tĩnh
hc =16.0 mm
Đường kính cối
dc =70.0 mm
Bán kính miệng cối
Rmc = 5.0 mm
Bán kính đáy cối
Rdc = 6.0 mm
Chiều dày phôi
So = 0.8 mm
Đường kính phôi
Do = 110 mm
Áp suất chặn
Qch = 95 bar

Áp suất chất lỏng cần thiết
Pth = 450 bar
Sau khi tiến hành tính toán mô phỏng, kết quả sản phẩm được
thể hiện trên hình 3.19 với các kích thước sản phẩm được cho
trong bảng 3.3:
Bảng 3. 3 Thông số đầu ra của sản phẩm
Chiều cao sản phẩm
h =16.0 mm
Đường kính sản phẩm
d =70.0 mm
Bán kính miệng sản phẩm
Rm = 5.0 mm
Bán kính đáy sản phẩm
Rd = 6.08 mm
Như vậy, sản phẩm đã đạt được các thông số hình học như
thiết kế ban đầu.

Hình 3. 19 Mô tả các vùng biến dạng của sản phẩm
So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả MPS trong bảng 3.5
ta có:
Bảng 3. 5 Kết quả so sánh giữa MPS và thực nghiệm
S0
Qch
Pth
Rd
γmax (%)
TT
(mm) (bar)
(bar)
(mm)

Kết quả thí
0.8
95
456.8
6.146
10.956
nghiệm


18
Kết quả mô
0.8
95
450
6.08
10.63
phỏng
Sai số trung
2.98
0
0
1.5
1.08
bình (%)
Qua so sánh quá trình DTT giữa mô phỏng và thực nghiệm
cho thấy có sự tương đồng cao giữa mô phỏng và thực nghiệm.
Như vậy có thể kết luận được, các mô hình được xây dựng đảm
bảo yêu cầu về độ chính xác, mô hình vật liệu phù hợp, các điều
kiện biên thiết lập phù hợp với thực tế, kết quả MPS tin cậy, có
khả năng làm cơ sở để khảo sát ảnh hưởng của các thông số công

nghệ tới quá trình tạo hình DTTvà độ chính xác của sản phẩm.
Kết luận chương 3
Hệ thống thực nghiệm công nghệ DTT phôi tấm được xây
dựng gồm 4 mô-đun chính: máy ép thủy lực 125 tấn; khuôn thủy
tĩnh; bơm cao áp CP 700; hệ thống đo kết nối máy tính.
Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả của trường
hợp MPS và cho thấy các sai số về hình dạng, thông số công nghệ
đều nhỏ hơn 5%. Như vậy, mô hình bài toán với các điều kiện
biên mô phỏng đạt yêu cầu, hệ thống thực nghiệm đã xây dựng
có độ tin cậy cao và được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các
yếu tố công nghệ và hình học khuôn ở chương sau
Chương 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY
TĨNH PHÔI TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH
THỰC NGHIỆM
4.1 Giới thiệu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm
4.2 Xác định các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực
nghiệm
Bảng 4. 1 Các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán
Thông số đầu vào
Chiều sâu tương
đối của cối
ℎ
H* = ∗ 100
𝑑
Chiều dày tương
đối của phôi
𝑆
S*= 𝑜 ∗ 100
𝐷𝑜

H* = 22;
23; 26; 29
30
S* = 0.7;
0.73; 0.91;
1.09; 1.12

Thông số đầu ra
Bán kính
Rd = f(Qch,H*,S*)
đáy sản
phẩm (mm)
Mức độ biến
mỏng lớn
nhất của sản
phẩm

γmax = f(Qch,H*,S*)


19
Áp suất chặn phôi
Qch (bar)

Qch = 76,
80, 85, 90,
95, 100,
105, 110,
115, 119
bar

Áp suất chất
lỏng tạo
hình Pth
(bar)

Pth = f(Qch,H*,S*)

Một số hình ảnh sản phẩm thực nghiệm:

Hình 4.1 15 thí nghiệm theo bảng ma trận thực nghiệm
Sau khi thí nghiệm, tiến hành đo ta được kết quả sau:
Bảng 4. 3 Bảng kết quả đo
No
Rd (mm)
Pth (bar)
ɛ (%)
1
6.31
360
10.00
2
6.35
500
15.00
3
6.36
350
11.25
4

6.84
486
16.25
5
10.21
392
8.33
6
8.49
519
11.67
7
7.6
383
13.33
8
7.59
517
18.33
9
8.23
480
14.00
10
8.20
523
21.00
11
6.95
388

12.50
12
9.15
468
15.35
13
6.34
490
12.90
14
7.59
505
12.50
15
8.23
445
15.15


20
- Áp suất chặn – Qch (bar) ∈ {76; 80; 97.5; 115; 119}
được mã hóa trong ma trận thực nghiệm bởi x1
- Chiều sâu tương đối của cối H*- ∈ {22; 23; 26; 29; 30}
(tương ứng với chiều sâu cối h = 16, 18, 20) được mã hóa trong
ma trận thực nghiệm bởi x2
- Chiều dày tương đối S*- ∈ {0.7; 0.73; 0.91; 1.09; 1.12}
(tương ứng với các chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm) được mã hóa
trong ma trận thực nghiệm bởi x3
Sử dụng quy hoạch trực giao cấp 2 để nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số công nghệ.

4.3 Xây dựng mối quan hệ toán học giữa các thông số (Qch,
H*, S*) và (Rd, γmax, Pth)
4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*)
đến bán kính đáy Rd của sản phẩm
Sau khi tính toán, hàm hồi quy với biến mã hóa có dạng:
y= 7.31-0.39x1 + 0.43x2 + 1.6x3 - 0.57 x1x3 + 0.26 x2x3 + 0.42
x12 + 0.19 x22 + 0.31x32
(4.11)
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào, xét các hàm
số sau:
Y1(x1,1,1) = 10,1 – 0,96x1 + 0,42x12
Y2(1, x2,1) = 8,68 +0,69x2 + 0,19x22
Y3(1, 1, x3) = 7,96 + 1,29x3 + 0,31x32
Dựa vào các hệ số trong các phương trình trên, nhận thấy
bán kính đáy Rd phụ thuộc nhiều nhất vào x3 (chiều dày tương
đối của phôi), sau đó đến x2 (chiều sâu tương đối của cối) và
cuối cùng là x1 (áp suất chặn)
Chuyển sang biến thực, thu được phương trình như sau:
Rd = 0.0014 Qch2+0.0211H*2+9.568S*2–0.1306Qch–1.392H*–
3.962S*–0.181QchS*+ 0.4815H*S* + 28.496
(4.1*)
Xét từng trường hợp cố định một biến đầu vào, sử dụng
Matlab vẽ được các đồ thị và đường bình độ trong từng trường
hợp đó. Đồ thị và đường bình độ được biểu diễn như hình 4.5.
Các đồ thị và đường bình độ khác được trình bày trong toàn văn
luận án.


21

a)
b)
Hình 4. 5 Bán kính đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qch = 80bar
a- Đồ thị 3D; b- Đường bình độ
Nhận xét:
Bán kính góc lượn tại đáy sản phẩm Rd đều phụ thuộc vào ba
yếu tố được xét (Qch, H*, S*).
Chiều dày tương đối của phôi S* tăng thì bán kính Rd cũng
tăng lên đáng kể.
Bán kính đáy Rd không phụ thuộc vào áp suất chặn một cách
đồng biến.Tồn tại giá trị Qch tối ưu để đạt được Rd là nhỏ nhất
trong từng trường hợp.
Chiều sâu tương đối H* tăng, bán kính đáy sản phẩm Rd cũng
tăng lên.
4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*)
đến mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax
Xác định được phương trình hồi quy cho mức độ biến mỏng
lớn nhất như sau:
γ max = y = 14.91 +2.62x1 + 1.57x2+ 1.46x2x3 – 1.47x32 (4.12)
Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào, xét:
y1(x1,1,1) = 16.47 + 2.62 x1
y2(1,x2,1) = 16,06 + 3,03 x2
y3(1,1,x3) = 19,1 + 1.46 x3 - 1.47 x32
Dựa vào các hệ số của ba phương trình trên, yếu tố chiều
sâu tương đối của cối H* ảnh hưởng nhiều nhất tới γmax, sau đó
đến áp suất chặn Qch và cuối cùng là chiều dày tương đối của
phôi S*.
Chuyển sang biến thực (Qch, H*, S*) thu được kết quả sau:
γmax = 13.08+0.15Qch-1.94H*+2.7H*S*-45.37S*2+12.37S*

22
(4.2*)
Xét trong từng trường hợp cố định một biến như trên, có
những nhận xét sau:
- Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào các yếu tố
được xét (Qch, H*, S*).
- Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax đồng biến với chiều sâu
tương đối của cối H*
- Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax tăng khi áp suất chặn Qch
tăng
- Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax bị ảnh hưởng bởi chiều dày
tương đối của phôi S*.
4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến áp
suất chất lỏng tạo hình Pth
Xác định được phương trình hồi quy cho thông số áp suất
chất lỏng tạo hình Pth như sau:
Pth = y = 489.1 +64x1 -5.64x2+ 17.x3 -25.87x12 - 9.96x22 -2.66x32
(4.13)
Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào, xét:
Y1(x1,1,1) = 477.84 + 64x1 – 25.87 x12
Y2(1,x2,1) = 531,57 – 5.64 x2 – 9.96 x22
Y3(1,1,x3) = 511,63 + 17 x3 – 12.66 x32
Nhận thấy áp suất tạo hình phụ Pth thuộc nhiều nhất vào áp
suất chặn (x1), sau đó đến chiều dày tương đối của phôi (x3) và
cuối cùng là chiều sâu tương đối của cối (x2).
Chuyển sang các biến thực (Qch, H*, S*) ta được phương
trình sau:
Pth = -0.08 Qch2 + 19.26 Qch -390.74S*2 + 817.31 S* - 1.11 H*2 +
55.84 H* - 1739.98

(4.3*)
Xét trong từng trường hợp cố định như trên, có những nhận
xét sau:
- Áp suất tạo hình Pth phụ thuộc vào cả ba yếu tố được xét
(Qch, H*, S*)
- Áp suất tạo hình Pth tăng khi áp suất chặn Qch tăng.
- Nhìn chung áp suất tạo hình Pth tăng khi chiều dày tương
đối S* tăng.
- Nhìn chung chiều sâu tương đối của cối tăng lên nhiều thì
áp suất tạo hình Pth giảm, bởi diện tích vành phôi ở khuôn có


23
chiều sâu cao sẽ nhỏ hơn khuôn có chiều sâu thấp.
Kết luận chương 4
- Các phương trình (4.1*), (4.2*) và (4.3*) cho phép đánh giá
sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào (Qch, H*, S*) đến giá trị các
yếu tố đầu ra (Pth, Rd, γmax). Mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố
đầu vào tới từng yếu tố đầu ra là khác nhau. Các phương trình
cho phép lựa chọn bộ thông số hợp lý nhất để sản phẩm đạt bán
kính nhỏ nhất, mức độ biến mỏng nằm trong khoảng cho phép và
áp suất tạo hình phù hợp nhất.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung:
1. Đã xác định được miền giá trị của áp suất chặn phôi Qch
= (80 ÷ 115) bar để đảm bảo tạo hình chi tiết cốc trụ với kích
thước chiều sâu tương đối của cối H* = 23; 26; 29 và chiều dày
tương đối của phôi S* = 0.73; 0.91; 1.09, đồng thời xây dựng
được mối quan hệ giữa Qch và các thông số khác như áp suất chất
lỏng tạo hình Pth, mức độ biến mỏng lớn nhất của phôi γmax và

bán kính góc lượn đáy sản phẩm Rd . Miền giá trị áp suất chặn
đảm bảo không xảy ra nhăn, rách sản phẩm và các nhận định về
miền làm việc của áp suất tạo hình là cơ sở quan trọng trong việc
xây dựng hệ thống thí nghiệm phù hợp;
2. Xây dựng thành công hệ thống thực nghiệm đảm bảo độ
tin cậy, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam; Kết quả kiểm
chứng cho thấy sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng và thực quá
trình thực nghiệm. Điều đó chứng tỏ các dữ liệu sử dụng trong
quá trình MPS là hợp lý; đồng thời hệ thống thực nghiệm được
xây dựng đảm bảo tin cậy.
3. Dựa vào quy hoạch thực nghiệm, xác định được quy luật
ảnh hưởng của các yếu tố áp suất chặn Qch, chiều sâu tương đối
của cối H* và chiều dầy tương đối của phôi S* tới các yếu tố áp
suất tạo hình Pth, bán kính đáy sản phẩm Rd và mức độ biến mỏng
của sản phẩm γmax thông qua các phương trình toán học:
Rd = 0.0014 Qch2+0.0211H*2+9.568S*2–0.1306Qch–1.392H*–
3.962S*–0.181QchS*+ 0.4815H*S* + 28.496
(4.1*)
γmax

=

13.08+0.15Qch-1.94H*+2.7H*S*-45.37S*2+12.37S*
(4.2*)