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

..

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

 

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

NGUYỄN VĂN QUÝ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ĐỂ CHẾ TẠO HỘP
DỰNG BÁNH XE Ô TÔ FORD EVEREST

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành : Chế tạo máy – ĐHBK Hà Nội
Mã số

: CB090175

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

HÀ NỘI - 2012
 

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

i

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hồn tồn trung thực và chưa
được cơng bố ở bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào.

Tác giả

Nguyễn Văn Quý

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

ii

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn đề tài
PGS.TS Phạm Văn Nghệ , PGS.TS Nguyễn Đắc Trung đã tận tình chỉ bảo em
trong suốt quá trình làm luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy ở Viện sau đại học, khoa cơ khí trường
Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ để em có thể hồn thành đề tài “Nghiên cứu cơng
nghệ dập thủy cơ để chế tạo hộp đựng bánh xe ô tô Ford Everest” khá đầy đủ và
đúng hạn .
Tuy nhiên, đây là một đề tài còn khá mới ở Việt Nam, tài liệu tham khảo bằng
tiếng Việt chưa nhiều , mặt khác trình độ hiểu biết của tác giả cịn hạn chế và thời
gian thực hiện đề tài chưa lâu nên khơng tránh khỏi những khuyết điểm.Vì vậy, em
rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cơ cùng tồn thể các
bạn để đề tài này được hồn thiện hơn và có triển vọng phát triển trong tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn !

Học viên

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

iii

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... i
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ VÀ NHỮNG
ỨNG DỤNG ...............................................................................................................4
1.1. Phương pháp công nghệ dập tạo hình bằng nguồn chất lỏng áp suất cao. ...............4
1.1.1 Qúa trình phát triển của cơng nghệ dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao

(dập thủy lực) .......................................................................................................4
1.1.2 Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao ............5
1.2 Tổng quan về công nghệ dập thủy cơ ................................................................6
1.2.1 Khái quát về công nghệ dập thủy cơ ...........................................................6
1.2.2 Chất lỏng dùng trong gia công thuỷ cơ .......................................................8
1.2.3 Đặc điểm của phương pháp ép thuỷ cơ .....................................................10
1.2.4 Các phương pháp ép thuỷ cơ .....................................................................12
1.2.5 Khả năng công nghệ và những ưu nhược điểm của phương pháp dập thủy
cơ ........................................................................................................................15
1.2.6 Một số sản phẩm dập thủy cơ điển hình...................................................17
1.2.7 Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới về phương pháp dập thủy cơ
............................................................................................................................19
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................20
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ CHÍNH TRONG Q TRÌNH DẬP THỦY CƠ ............................21
2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi ép thủy cơ ............................................21
2.2. Tính tốn các thơng số cơng nghệ ép thủy cơ ...............................................24
2.2.1. Tính áp suất chất lỏng ..............................................................................24
2.2.2. Lực chặn phôi: ..........................................................................................31
2.2.3. Khe hở chày cối .......................................................................................31
2.2.4. Lực tác dụng lên chày: .............................................................................32
2. 3 Phân tích ảnh hưởng của ma sát và bôi trơn trong dập thủy cơ: ...................32
2.3.1. Phần đáy của sản phẩm ............................................................................33
2.3.2. Phần hình trụ ............................................................................................33
2.3.3. Phần bán kính lượn của cối ......................................................................34
2.3.4. Phần vành phụi .........................................................................................34
2.3.5. Độ dày tối ưu của lớp bơi trơn có vành hẹp .............................................35

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

iv

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..........................................................................................36
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ TÍNH TỐN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH ÉP THỦY CƠ
BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN .................................................................................37
3.1. Khái niệm phần tử hữu hạn và phân loại phần tử ...........................................37
3.2. Các phương trinh cơ bản ứng dụng giải bài toán biến dạng ...........................38
3.2.1. Phương trình cân bằng..............................................................................38
3.2.2. Quan hệ biến dạng - chuyển vị .................................................................39
3.2.3. Quan hệ biến dạng - chuyển vị của tấm: ..................................................39
3.2.4. Quan hệ ứng suất – biến dạng ..................................................................40
3.2.5. Phương trình năng lượng của phần tử: .....................................................42
3.3. Cách giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn .................................42
Bước 4. Xác định ma trận lực nút .............................................................................45
Bước 5. Xác định [K]e ...............................................................................................46
3.4. Giải bài toán ép thủy cơ - biến dạng dẻo tấm .................................................47
3.4.1. Các biểu thức cơ bản ................................................................................47
3.4.2. Các quan hệ khi sử dụng phần tử tấm phẳng ..........................................50
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..........................................................................................55
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỘP ĐỰNG BÁNH XE Ô TÔ FORD
EVEREST BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ ............................................56
4.1.Giới thiệu chung. .............................................................................................56
4.2 Lý do chọn chi tiết hộp đựng bánh xe ô tô Ford Everest: ...............................57
4.3. Xây dựng bản vẽ sản phẩm .............................................................................58

4.4. Tính tốn cơng nghệ dập thủy cơ chi tiết hộp đựng bánh xe ơ tơ ford everest.
...............................................................................................................................59
4.4.1. Quy trình cơng nghệ .................................................................................59
4.4.2 Chọn vật liệu tạo hình sản phẩm : .............................................................59
4.4.3 .Các lực cần tính trong q trình nhập mơ phỏng bằng Dynaform ...........60
4.4.4.Chọn thiết bị ..............................................................................................62
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4...................................................................................64
CHƯƠNG 5 SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐỂ TỐI ƯU HĨA Q
TRÌNH DẬP THỦY CƠ ...........................................................................................65
5.1. Giới thiệu phương pháp mơ phỏng số ............................................................65
5.2. Cài đặt bài tốn mơ phỏng ..............................................................................66
5.2.1. Mơ hình hình học của dụng cụ và phơi ....................................................67
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

v

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

5.2.2. Chia lưới phần tử cho từng đối tượng ......................................................69
5.2.3. Xây dựng mơ hình vật liệu và điều kiện biên ..........................................71
5.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP .................................................73
5.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lực chặn phôi thay đổi tới biến dạng của phôi. 73
5.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của Ma sát thay đổi tới biến dạng của phôi............75
5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5...................................................................................77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ CHO ĐỀ TÀI ....................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................79

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

vi

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phơi tấm ................................................................5
Hình 1.2 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phơi ống ................................................................6
Hình 1.3.Quá trình dập thủy cơ ..................................................................................7
Hình 1.4. Tạo thành gân vuốt bằng chất lỏng khi ép thủy cơ .....................................8
Hình 1.5. Lực tác dụng khi ép thủy cơ ......................................................................11
Hình 1.6. Ép thủy cơ phơi phẳng ..............................................................................13
Hình 1.7. Ép thủy cơ 3D ..........................................................................................13
Hình 1.8. Sơ đồ phân loại các phương pháp ép thuỷ cơ ...........................................14
Hình 1.9.Các chi tiết mui ơtơ được dập bằng phương pháp thủy cơ ........................17
Hình 1.10.Một số dạng sản phẩm gia dụng dập bằng phương pháp thủy cơ ...........17
Hình 1.11.Một số loại sản phẩm khác dập bằng phương pháp thủy cơ ...................18
Hình 2.1. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập vuốt trên chày cứng cối cứng ........23
Hình 2.2. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập thuỷ cơ ...............................23
Hình 2.3. Sơ đồ tính tốn lực ma sát trên đáy phơi ..................................................33
Hình 2.4. Sơ đồ tính lực ma sát trên phần hình trụ ..................................................33
Hình 2.5 Ma sát thủy động của vùng bán kính lượn .................................................34
Hình 2.5 Ma sát thủy động trong phần vành phụi ....................................................34
Hình 3.1. Phần tử và các kiểu phần tử: Phần tử 1 chiều 1D, Phần tử 2 chiều 2D,

Phần tử 3 chiều 3D. ...................................................................................................37
Hình 3.2. Mơ hình tác dụng lực của bài tốn biến dạng tấm ....................................47
Hình 3.3. Mơ hình phân bố ứng suất trên tấm ..........................................................48
Hình 4.1 Ơ tơ ford everest …….. ............................................................................56
Hình 4.2. Hình ảnh hộp đựng bánh xe ford everest ................................................58
Hình 4.3. Chi tiết hộp đựng bánh xe .........................................................................58
Hình 5.1. Ưu điểm của phương pháp mơ phỏng số ..................................................66
Hình 5.2. Các bước giải bài tốn mơ phỏng .............................................................67

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

vii

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 5.3. Mơ hình 3D của sản phẩm trên catia........................................................68
Hình 5.4. Mơ hình hình học của cối và chày dập .....................................................68
Hình 5.5. Chia lưới phần tử phơi .............................................................................69
Hình 5.6. Chia lưới phần tử cối ................................................................................69
Hình 5.7. Chia lưới phần tử chày..............................................................................70
Hình 5.8. Chia lưới phần tử tấm chặn ......................................................................70
Hình 5.9. Đường đặc tính của vật liệu thép 08Kπ ....................................................71
Hình 5.10 Khi lực chặn phơi 100-200 tấn sản phẩm bị nhăn ...................................74
Hình 5.11. Khi lực chặn phơi 500 tấn sản phẩm bị rách .........................................74
Hình 5.12, 5.13 Ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ 0.01 ....................................75
Hình 5.14. Ma sát tiếp xúc giữa phơi và dụng cụ 0.09 .............................................76

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

viii

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

và giải quyết được một số yếu tố kỹ thuật
• Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau:
Ứng dụng cơng nghệ tạo hình bằng chất lỏng, trong đó đặc biệt là cơng nghệ
dập thủy cơ vào việc thiết kế, chế tạo các chi tiết cơ khí từ kim loại tấm, có độ
chính xác và chất lượng cao.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

1

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

nghệ dập thủy cơ
Sơ bộ máy thủy lực và hệ thống thiết bị dập thủy cơ
Mô phỏng số q trình dập bằng phần mềm Dynaform
• Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về GCAL nói chung và về dập thủy cơ nói riêng.
Thực hiện mơ phỏng q trình dập thủy cơ bằng phần mềm Dynaform

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

2

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình dập
thủy cơ, đưa ra các dự báo về khả năng tạo hình và hướng khắc phục những sai
hỏng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ được ứng dụng trực tiếp trong thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí và chế tạo
khuôn mẫu áp dụng vào ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam.
• Dự kiến kết quả đạt được
Từ nội dung nghiên cứu về công nghệ dập thủy cơ, đề tài dự kiến sẽ đạt được
những kết quả sau:
Ứng dụng cơng nghệ dập thủy cơ vào q trình sản xuất các loại sản phẩm
thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong đó có sử dụng các phần mềm mơ phỏng quá trình dập tạo hình kim

loại tấm như phần mềm Dynaform để tối ưu hóa ra bộ số thích hợp trong q trình
dập thủy cơ các chi tiết. Từ đó tiết kiệm một khoản chi phí khá lớn và hoạch định kế
hoạch 1 cách chính xác hơn.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

3

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ VÀ NHỮNG
ỨNG DỤNG
1.1. Phương pháp công nghệ dập tạo hình bằng nguồn chất lỏng áp suất cao.
1.1.1 Qúa trình phát triển của cơng nghệ dập bằng nguồn chất lỏng áp
suất cao (dập thủy lực)
- Công nghệ dập bằng chất lỏng được xuất hiện từ cuối những năm 1940 và
đầu những năm 1950. Tuy nhiên, lúc này mới chỉ là bước đầu đi vào tìm hiểu nên
nó chưa được áp dụng rộng rãi.
- Năm 1975, công nghệ dập thủy lực này được chú trọng và phát triển nhanh
chóng cùng với trang thiết bị hiện đại. Một số nghiên cứu cho thấy những ưu điểm
của phương pháp này :
- Mclintock (năm 1968), Rice và Tracey (năm 1969) đã bắt tay vào nghiên
cứu về phôi kim loại tấm và các họ chứng minh được rằng sự phá hủy của tổ chức
kim loại giảm nhanh khi áp dụng phương pháp dập bằng chất lỏng.
- Clift Hartley, Sturgess và Rowe (năm 1990), Pillinger (năm 1992), đã

chứng minh rằng khi chuốt, kéo phôi kim loại tấm bằng áp suất chất lỏng sẽ giảm
thiểu được sự phá hủy tổ chức kim loại cũng như việc xuất hiện các tế vi của vật
liệu kim loại.
- Tại các nước công nghiệp phát triển từ lâu đã áp dụng công nghệ này vào
trong sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Ở Việt Nam, phương pháp dập thủy lực mới đang ở giai đoạn tìm hiểu,
nghiên cứu công nghệ. Việc nghiên cứu về dập thủy lực mới được đề cập đến trong
một số đề tài nghiên cứu cấp thạc sỹ.
- Với mục tiêu trở thành một nước cơng nghiệp vào năm 2020, thì để thực
hiện được mục tiêu đó cần áp dụng khoa học cơng nghệ hiện đại đẩy mạnh nền kinh
tế. Do đó, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập thuỷ lực là hết sức cần
thiết trong giai đoạn hiện nay.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

4

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

1.1.2 Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng áp suất cao
- Phương pháp dập thủy tĩnh ( Hydrostatic) : Dập thủy tĩnh là một phương
pháp tạo hình vật liệu nhờ chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt
của phơi gây biến dạng phơi theo hình dạng của lịng cối.
Do đó khơng cần gia cơng chày và giảm được số ngun cơng.

Hình 1.1 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi tấm

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

5

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.2 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi ống

- Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical).
1.2 Tổng quan về công nghệ dập thủy cơ
1.2.1 Khái quát về công nghệ dập thủy cơ
‐  Định nghĩa:  Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình nhờ vào chất lỏng cao áp làm
biến dạng phôi tấm khi dụng cụ gia công chuyển động tác dụng lên phôi. Về cơ bản,
phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thơng thường, chỉ
khác là có thêm đối áp trong lịng khn tạo ra sự bơi trơn thủy động.
- Có 2 cách tạo ra đối áp:
Cách thứ nhất là chất lỏng được đổ đầy vào lịng khn, khi đầu trượt đi
xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp.
Cách thứ hai là bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lịng cối, giá trị áp suất
sẽ được điều khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

6

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày (tránh được hiện tượng mất ổn
định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng bơi trơn ln),
phơi khơng tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều
dày thành cũng đồng đều hơn.

Hình 1.3.Q trình dập thủy cơ
1.Kết cấu khn gồm: Chày-tấm chặn phơi- phơi – vành cối – buồng chứa
chất lỏng có ống thoát và van điều tiết áp suất; 2. Chày đi xuống; áp suất
thủy tĩnh nén phôi làm phôi áp sát chày, tấm chặn giữ phôi tạo lực căng ;
3.Khi chày đi xuống, phôi tấm được biến dạng phồng lên và bọc áp vào
chày; 4. Cuối cùng phôi tấm biến dạng theo đúng hình dáng kích thước của
chày ép.
Q trình dập có thể chia làm các giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Đưa phôi vào khuôn dập.

Giai đoạn 2:
- Phôi được kẹp chặt nhờ cơ cấu chặn phôi
- Không gian ép được hình thành giữa phơi và lịng cối
- Chất lỏng được bơm vào trong lòng cối

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

7

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

Hình 1.4. Tạo thành gân vuốt bằng chất lỏng khi ép thủy cơ
Dập thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều
chỉnh được tốc độ dập, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp
với từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi
tiết cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.
Với những đặc điểm nổi bật trên, phương pháp dập thuỷ cơ đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và công nghiệp dân
dụng khác tại các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Nga, Đức trong việc
chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp.
1.2.2 Chất lỏng dùng trong gia công thuỷ cơ
Chất lượng sản phẩm và độ ổn định của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào
thành phần và tính chất lý hố của chất lỏng cơng tác.
Khi gia công thuỷ cơ phải chọn đúng chất lỏng và phải thoả mãn các yêu
cầu cơ bản sau:
- Đảm bảo độ nhớt cần thiết và khơng hố rắn ở áp suất cơng tác.
- Đảm bảo tính chống mài mịn cần thiết.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

8

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

(1.1)

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

(1.2)

Trong đó:
λ - hệ số, phụ thuộc vào chất lỏng ở nhiệt độ 20 0C.

t - nhiệt độ của chất lỏng.
η0 - độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ phòng (20 0C).
Để quá trình ép thuỷ cơ thực hiện bình thường, tính nén

được của chất

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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

9

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

⎡

⎛
⎝

V = V0 . ⎢1 − A . ln ⎜ 1 +
⎣

p ⎞⎤
⎟
π' ⎠⎥⎦

(1.3)

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

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

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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

10

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.5. Lực tác dụng khi ép thủy cơ

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

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

được áp suất thuỷ tĩnh biến đổi tác dụng vào phôi từ phía cối lỏng. Giá trị áp suất
này, phải đủ lớn để ép chặt phôi vào bề mặt của chày và ngăn sự nhăn của phôi,
nhưng không được quá lớn, sao cho lực ma sát và ứng suất uốn xuất hiện khi đó sẽ
khơng làm đứt phơi.
Giá trị áp suất thuỷ tĩnh cần thiết từ phía cối lỏng phụ thuộc vào các yếu tố
chính sau: Tính chất cơ lí của vật liệu phôi; chiều dày của tấm vật liệu bán thành
phẩm và đặc tính hình học của chi tiết ép.
Phương pháp ép thuỷ cơ cho phép ép hoàn chỉnh chi tiết sau một lần ép
nhờ biến dạng vật liệu đồng đều và giảm hiện tượng biến mỏng cục bộ. Ngoài ra,
phương pháp ép thuỷ cơ còn cho phép nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

 

11

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

chi tiết ép do bề mặt của phôi không trực tiếp xúc với dụng cụ gia cơng. Qua đó có
thể tăng tuổi thọ của chày và cối do giảm mịn.
Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng của chày ép nên
đa dạng hoá sản phẩm mà chỉ sử dụng một loại cối ép.
Ép thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều
chỉnh được tốc độ ép, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp
với từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi
tiết cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.
1.2.4 Các phương pháp ép thuỷ cơ
Có nhiều cách khác nhau phân loại các phương pháp ép thuỷ cơ như dựa
vào đặc điểm của phơi, dựa vào đường thốt chất lỏng, dựa vào hình dạng của sản
phẩm. Một trong những cách phân loại được ứng dụng nhiều nhất là dựa vào đặc
điểm của phơi, theo cách phân loại này có các phương pháp ép thuỷ cơ cơ bản sau:
- Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng
- Ép thuỷ cơ từ phôi không gian
- Ép thuỷ cơ thuận nghịch
- Ép thuỷ cơ phôi phẳng: Phôi được sử dụng là tấm phẳng. Căn cứ vào đặc
điểm biến dạng có: ép có ép biên hoặc khơng ép biên. Căn cứ vào cách thốt ra
ngồi của chất lỏng khi chịu nén: ép thủy cơ chất lỏng thốt ra ngồi bằng van tiết
lưu hoặc bằng khe hở giữa phôi và dụng cụ.
- Ép vuốt các phôi khơng gian: Có hai loại là ép xi (b) và ép thuận

nghịch. Cũng tương tự như trong trường hợp ép thuỷ cơ phơi phẳng mà có các
phương pháp pháp như trên.
- Ép thủy cơ thuận nghịch: là phương pháp ép tạo hình 2 mặt xi và
ngược để tạo sản phẩm có độ lồi lõm khác nhau.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

12

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngồi ra, cịn có thể căn cứ vào hình dáng của sản phẩm được chế tạo để
phân loại. Theo cách này có ép thuỷ cơ các chi tiết đơn giản, có thể có đối xứng
hoặc khơng và ép thuỷ cơ các chi tiết có hình dáng phức tạp…
Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng đươc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng
không và đồ dân dụng. Nó ứng dụng tạo hình các chi tiết có kích thước lớn, hình
dạng phức tạp.
Ép thuỷ cơ từ phơi khơng gian ứng dụng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức
tạp, các chi tiết gồm nhiều mặt trụ có kích thước khác nhau, mặt trụ và mặt cong,
mặt trụ và mặt nón. Ép thuỷ cơ thuận nghịch ứng dụng trong việc tạo hình các chi
tiết yêu cầu chiều sâu ép vuốt lớn mà phương pháp ép thuỷ cơ từ phơi tấm khơng
thực hiện được.

Hình 1.6. Ép thủy cơ phơi phẳng

Hình 1.7. Ép thủy cơ 3D

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

13

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

a. 

b. 

c. 

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

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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

14

Cao học CTM Khóa: 2009

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

15

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Nhược điểm của phương pháp dập thuỷ cơ:
- Có thể xảy ra sự mất ổn định ở phần mặt bích của phơi và phần bán kính
cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết. Điều
này có thể gây ra các phế phẩm như hiện tượng nhăn, co, móp… ở phần vành phôi.
- Phải tạo ra nguồn chất lỏng áp suất cao và điều chỉnh được giá trị áp suất
trong q trình ép vuốt.
- Có thể xảy ra sự biến mỏng của phôi, nếu lượng biến mỏng này là lớn và khơng
đồng đều, dễ xảy ra tình trạng làm rách, đứt phôi ở tiết diện nguy hiểm.
Mặc dù vậy phương pháp ép thuỷ cơ vẫn được áp dụng một cách rộng rãi
trong công nghiệp, đặc biệt trong các trường hợp sau:
- Gia cơng các chi tiết có hình dáng phức tạp, khơng đối xứng như các chi
tiết có hình côn, parabol, cầu, các chi tiết vỏ mỏng…
- Gia công các chi tiết có mức độ biến dạng lớn và địi hỏi cơ tính đồng đều cao;
- Gia cơng các chi tiết làm từ vật liệu khó biến dạng, vật liệu đa lớp…

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

16

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

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

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

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ
 

17

Cao học CTM Khóa: 2009