Nghiên cứu công nghệ ghép nối các chi tiết tấm vật liệu khác nhau dựa trên biến dạng dẻo ứng dụng trong công nghệ ô tô

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

LÊ ĐÌNH DŨNG

CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GHÉP NỐI CÁC CHI TIẾT TẤM
VẬT LIỆU KHÁC NHAU DỰA TRÊN BIẾN DẠNG DẺO ỨNG
DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ Ơ TƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
KHOÁ 2010-2013

Hà Nội – Năm 2013


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

LÊ ĐÌNH DŨNG

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ GHÉP NỐI CÁC CHI TIẾT TẤM VẬT LIỆU
KHÁC NHAU DỰA TRÊN BIẾN DẠNG DẺO ỨNG DỤNG TRONG CƠNG
NGHỆ Ơ TƠ

CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Hà Nội – Năm 2013


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

LỜI CAM ĐOAN
---------------***---------------

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu công nghệ ghép
nối các chi tiết tấm vật liệu khác nhau dựa trên biến dạng dẻo ứng dụng trong
nghiệp ô tô” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu sử dụng được chỉ
rõ nguồn trích dẫn trong mục tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu của luận
văn này chưa từng được cơng bố ở một cơng trình nào khác.
Tác giả

1


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP NỐI .................... 6
1.1 Khái quát chung ............................................................................................. 6

1.2 Các phương pháp ghép nối ............................................................................ 7
1.2.1 Ghép nối bằng phương pháp hàn. ........................................................... 7
1.2.2 Ghép nối bằng đinh tán ......................................................................... 10
1.2.3 Ghép nối dựa trên biến dạng dẻo .......................................................... 14
1.3 Mục đích nghiên cứu của luận văn .............................................................. 20
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GHÉP NỐI DỰA TRÊN BIẾN
DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI VÀ SỬ DỤNG ĐINH TÁN KHÔNG XUYÊN ...... 22
2.1 Ghép nối trên khuôn cối lõm ....................................................................... 22
2.1.1 Sơ đồ công nghệ..................................................................................... 22
2.1.2 Các thông số cơ bản ảnh hưởng đến quá trình ghép nối ...................... 25
2.1.3 Xác định lực ghép nối ............................................................................ 27
2.2 So sánh phương pháp ghép nối trên khuôn đáy cối lồi và bằng ................. 31
2.3 Kết luận ........................................................................................................ 32
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU- ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG CƠNG
NGHỆ DẬP KHỐI………………..…………..….…………………………………....33
3.1 Giới thiệu phương pháp mơ phỏng số…………………………………..…….33
3.1.1. Mô phỏng số - “công nghệ ảo”…………………………………………33
3.1.2. Vai trị và ưu điểm của mơ phỏng số trong thiết kế và tối ưu cơng nghệ
…..……………………………………………………………………………

34

3.1.3.Tiến trình mơ phỏng………………………………………………………36
3.2. Giới thiệu phần mềm mô phỏng DEFORM…………………………………..39
3.2.1. Giao diện và vận hành phần mềm……………………………………...….32

2


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

3.2.1.1. Mô đun tiền xử lý…………………………………………………………42
3.2.1.2. Mô đun giải …………………………………………………………….45
3.1.3.3. Mô đun hậu xử lý ……………………………………………………… ..46

CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG TÍNH TỐN TRÊN PHẦN MỀM DEFORM ……..49
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HĨA KẾT CẤU KHN..69
5.1. Thiết kế và chế tạo khn theo các thong số hình học tối ưu ……………69
5.1.1. Thiết kế khuôn ……………………………………………………….……..71
5.1.2. Chế tạo khuôn ……………………………………………………….……..63
5.2. Thực nghiệm ……………………………………….…………………….……..74

KẾT LUẬN………………………………………………………………………….…76

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………78

3


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp
đặc biệt là ôtô và máy bay đã đặt ra cho các nhà vật liệu học một vấn đề là nghiên
cứu và ứng dụng các loại vật liệu mới có thể giảm trọng lượng của sản phẩm
nhưng vẫn đảm bảo được độ bền của kết cấu. Đã có nhiều loại vật liệu nhẹ được
tìm ra và áp dụng vào hai ngành công nghiệp ôtô và máy bay như hợp kim nhôm,
magiê hay composit. Để ghép nối các chi tiết dạng tấm trong công nghiệp ô tô,
chế tạo vỏ hộp thiết bị điện hay đồ gia dụng, từ trước tới nay vẫn hay ứng dụng
phương pháp hàn điểm hay ghép bu lơng hoặc vít. Tuy nhiên, khi những loại vật

liệu nhẹ này được đưa vào sử dụng thì những phương pháp trên khơng cịn hiệu
quả bởi vì đối với việc ghép nối chi tiết tấm bằng hợp kim nhôm hay magiê khó
thực hiện được bằng hàn điểm. Đặc biệt, trong một số ngành như công nghiệp ô
tô, hàng không, vũ trụ, điện tử…sự kết hợp những vật liệu tấm mềm, nhẹ đã
mang lại rất nhiều thành công và hiệu quả.Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra ở đây là
sự ghép nối các tấm vật liệu. Do vật liệu khác nhau thì có cơ tính, hóa tính khác
nhau, nên khơng thể dùng phương pháp hàn, dán thông thường.Người ta đã đưa
ra rất nhiều các phương pháp khác nhau để tạo ra những mối ghép giữa hai hoặc
nhiều tấm kim loại khác nhau này, và một trong số đó là phương pháp mối ghép
nối cơ học biến dạng (Clinch). Mặc dù đã được ứng dụng rất nhiều trên thế giới
nhưng lại chưa được ứng dụng tại Việt Nam. Do đó, đây là một lĩnh vực cần
được nghiên cứu và triển khai ứng dụng tại nước ta.
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ ghép nối các chi tiết tấm vật liệu khác
nhau dựa trên biến dạng dẻo ứng dụng trong nghiệp ô tô” là một lĩnh vực khá
mới ở Việt nam kể cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn. Giải quyết được các vấn đề
trong cơng nghệ này, ta có thể làm chủ được cơng nghệ ghép nối và có thể đưa
vào sản xuất tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao.

4


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chính vì vậy, luận văn này tập trung giải quyết các vấn đề cả lý thuyết lẫn
thực nghiệm nhằm tập hợp những khái niệm, kiến thức tổng quan nhất về công
nghệ ghép nối dựa trên biến dạng dẻo kim loại và nghiên cứu khả năng của công
nghệ này trong việc ghép nối các chi tiết tấm từ hợp kim nhôm với tấm thép.
Luận văn được trình bày trong 5 chương chính. Chương 1 giới thiệu tổng quan về
các phương pháp ghép nối. Những vấn đề cơ bản của công nghệ ghép nối dựa
trên biến dạng dẻo kim loại với các khái niệm cơ bản về lý thuyết, nguyên lý

ghép nối, các phương pháp ghép nối được trình bày trong chương 2. Chương 3
trình bày việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm DEFORM vào mô phỏng số quá
trình ghép nối. Chương 4 tiến hành thiết kế khuôn dập ghép nối. Trong chương 5,
tác giả đã xây dựng mơ hình và tiến hành thực nghiệm để khẳng định những kiến
thức lý thuyết được trình bày trong chương nêu trên là hồn tồn đúng đắn và có
khả năng áp dụng một cách hiệu quả trong thực tiễn. Phần kết luận đưa ra một vài
tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Để hoàn thành đồ án này em xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đắc Trung đã
tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án. Tuy đã có nhiều cố
gắng nhưng khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, mong được thầy cơ và các bạn
góp ý để đề tài này được hoàn thiện và mang ý nghĩa thực tiễn hơn.
Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2013
Học viên

5


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GHÉP NỐI
1.1 Khái quát chung
Trong vòng 10 năm trở lại đây, nhu cầu sử dụng vật liệu dạng tấm ngày càng
rộng rãi trong hầu hết các ngành cơng nghiệp như : đóng tàu, ơtơ, máy bay, sản
xuất đồ hộp, đồ dân dụng, điện lạnh.... Với vật liệu dạng tấm có thể tạo ra các
dạng kết cấu vỏ khơng gian với nhiều hình dạng khác nhau từ đơn giản đến phức
tạp. Các dạng kết cấu không gian phức tạp thường được tạo ra bằng cách ghép
nối các chi tiết tấm có hình dạng đơn giản hoặc các chi tiết tấm sau khi đã được
dập tạo hình có hình dạng tương đối phức tạp. Các vật liệu tấm rất phong phú, có
thể là hợp kim nhơm, thép, tấm tơn mạ... Do đòi hỏi về yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu
kinh tế và mỹ thuật thì việc ghép nối các tấm mỏng từ nhiều loại vật liệu khác

nhau đang được các nhà kỹ thuật rất quan tâm. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để
ghép nối nhanh chóng được các tấm có hình dạng khác nhau, vật liệu khác nhau
mà vẫn đảm bảo được các điều kiện kỹ thuật.
Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp ghép nối tấm đã và đang được ứng
dụng phổ biến trong lĩnh vực cơ khí sản xuất các sản phẩm từ tấm như hàn, ghép
nối bằng đinh tán, dán tấm.
Hàn là một phương pháp ghép nối truyền thống có thể áp dụng cho nhiều
dạng vật liệu khác nhau có chiều dày từ 0,2 ÷ 10mm hoặc dày hơn nữa. Hàn rất
thích hợp cho ghép nối thép tấm và được ứng dụng nhiều trong cơng nghiệp đóng
tàu; cơng nghiệp sản xuất ống; cơng nghiệp ôtô; điện lạnh và đồ dân dụng.
Ghép nối bằng đinh tán cũng là một trong phương pháp ghép nối truyền
thống dùng nhiều cho vật liệu dạng tấm, đặc biệt là trong các kết cấu dầm cầu,
kết cấu khung vỏ ôtô hay máy bay.

6


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghiệp, nhu cầu sử dụng các loại
vật liệu nhẹ và bền ngày càng cao. Do đó, đã có rất nhiều loại vật liệu mới và
được ứng dụng rộng rãi vào sản xuất. Để ghép nối các loại vật liệu mới này (chủ
yếu là hợp kim nhẹ như của nhôm, magiê, titan...) các phương pháp truyền thống
không thể thực hiện được hoặc nếu có thì rất khó khăn. Chính vì vậy, nhiều nhà
kỹ thuật trên thế giới đã phát triển một phương pháp ghép nối mới, đó là phương
pháp ghép nối dựa trên liên kết thông qua biến dạng dẻo của vật liệu. Phương
pháp này đang thử nghiệm để ứng dụng trong công nghiệp ôtô và máy bay.
1.2 Các phương pháp ghép nối
1.2.1 Ghép nối bằng phương pháp hàn.
Hàn là phương pháp được ứng dụng khá phổ biến trong hầu hết các ngành công

nghiệp để chế tạo các kết cấu từ tấm như thùng chứa, két chứa, vỏ bọc, lớp ốp
mặt , hoặc từ ống và vật thể định hình như các kết cấu khung, giàn, tháp trụ ...
Trong công nghệ chế tạo máy, hàn cũng được sử dụng nhiều để chế tạo các chi
tiết thân và đế máy, trong số đó có cả những chi tiết rất lớn và chịu áp lực cao (ví
dụ bệ máy ép, bệ thân máy búa..). Để đơn giản hoá việc chế tạo các chi tiết lớn,
người ta thường chia nhỏ các chi tiết này thành những phần riêng biệt, đơn giản
hơn và ghép nối chúng bằng phương pháp hàn Trên hình 1.1 thể hiện một loại
sản phẩm được tạo ra từ việc ghép nối bằng hàn các chi tiết, cụm chi tiết đơn lẻ.

7


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.1: Ghép nối các chi tiết vỏ ôtô bằng phương pháp hàn
Sở dĩ hàn được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp như
vậy là do khả năng công nghệ của hàn có thể thực hiện được nhiều dạng kết cấu
và sử dụng được cho nhiều loại vật liệu kim loại, cũng như khả năng linh hoạt
của phương pháp. Bên cạnh đó, các kết cấu được ghép nối bằng phương pháp hàn
có độ bền cũng tương đối cao. Trên hình 1.2 thể hiện việc sản xuất ống từ phôi
tấm bằng phương pháp uốn lốc ống và hàn hồ quang.
Tuy bên cạnh những ưu điểm kể trên phương pháp hàn cũng tồn tại nhiều
nhược điểm như:
- Độ bền các mối hàn thấp hơn so với độ bền vật liệu cơ bản do cấu trúc
đúc của mối hàn với các tinh thể dạng nhánh cây và ở những phần kế cận của
mối hàn (vùng bị ảnh hưởng nhiệt) nên hình thành cấu trúc tinh thể hạt lớn.

8

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.2: Sản xuất ống từ phôi tấm bằng
phương pháp hàn hồ quang
- Độ bền và độ dai của vật liệu mối hàn giảm xuống do sự lắng xỉ, sự hình
thành các lỗ xốp bọt khí, và cũng do sự thay đổi thành phần hố học và sự thay
đổi cấu trúc trong vật liệu mối hàn do các nguyên tố hợp kim hóa bị cháy và
hình thành cacbua, oxit nitrua). Hàm lượng nitơ có trong mối hàn, dù chỉ một
lượng nhỏ, cũng làm giảm rõ rệt tính dẻo mối hàn và làm mối hàn bị giòn.
- Trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt xuất hiện các nội ứng suất do vật
liệu co ngót khi nguội, tạo ra sự cong vênh của sản phẩm. Sự cong vênh này càng
lớn nếu vùng ảnh hưởng nhiệt và tiết diện ngang mối hàn lớn. Để ngăn ngừa hiện
tượng cong vênh này, người ta thường phải sử dụng các đồ gá cứng, áp dụng các
phương pháp đặc như hàn ngắt quãng, hàn nhiều lớp, hàn nhiều đường, hàn bậc,
hàn bậc ngược... và phải xử lý nhiệt sau khi hàn.

9


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hàn cho đến nay chủ yếu thực hiện với vật liệu thép và các loại vật liệu
khác như hợp kim nhôm, đồng, magiê, titan. Tuy nhiên, hàn nóng chảy chỉ thực
hiện được khi các vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy xấp xỉ nhau. Việc thực hiện
hàn các vật liệu có khoảng nhiệt độ nóng chảy khác nhau như thép và nhơm vẫn
cịn là một vấn đề rất khó khăn và đơi khi khơng thực hiện được.
1.2.2 Ghép nối bằng đinh tán
Một trong những hạn chế của mối ghép hàn là tác động của nhiệt đến độ
bền của mối hàn. Tác động nhiệt làm cho mối ghép hàn bị biến dạng. Bên cạnh
đó, hàn cũng gặp khó khăn trong việc hàn các hợp kim nhẹ, độ bền rung của mối

ghép hàn không cao. Những đặc tính có sẵn của các kết cấu chế tạo máy bay như
hình dáng phức tạp, kích thước quy cách chật hẹp gây khó khăn cho các máy hàn
làm việc. Đồng thời những khó khăn trong việc kiểm tra các mối hàn cũng đóng
vai trị khơng nhỏ trong việc cản trở gia cơng hàn.
Để khắc phục những hạn chế đó của phương pháp hàn, trong nhiều trường
hợp người ta sử dụng phương pháp ghép nối bằng đinh tán. Hiện nay, các mối
ghép đinh tán được sử dụng chủ yếu:
- Trong các mối ghép cần loại trừ tác động nhiệt, giảm thiểu sự cong vênh
sản phẩm.
- Trong các mối ghép sử dụng các chi tiết làm bằng hợp kim khơng thích
hợp với gia công hàn, cũng như trong các mối ghép có các chi tiết làm bằng
những kim loại khác nhau (ví dụ thép - kim loại màu)
- Trong các mối ghép sản phẩm kim loại với những vật liệu phi kim (gỗ,
da, chất dẻo...).
Ghép nối bằng đinh tán có hai loại chủ yếu: Tán đinh nóng và tán đinh
nguội.

10


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.2.2.1 Tán đinh nóng
Tán đinh nóng được dùng trong các mối ghép chịu lực và bền chặt với
đường kính đinh tán lớn hơn 8-10mm, chi tiết ghép nối thường có chiều dày lớn
hơn 6mm. Đinh tán có mũi tạo hình trước (mũi sẵn) được nung nóng đến nhiệt độ
từ 900 – 1000oC và được đưa vào lỗ khoan sẵn trong các chi tiết cần ghép, sau đó
đỡ mũi đinh (mũi sẵn) và tán đầu đối diện như trên hình 1.3. Khi nguội, đinh tán
co lại, ép khít các chi tiết cần ghép. Độ bền mối ghép hầu như được quyết định
bởi các lực ma sát phát sinh trên bề mặt nối các chi tiết do đinh tán co ngót và độ

bền của bản thân đinh tán.
Trong giai đoạn nguội ban đầu, khi vật liệu đinh tán ở trạng thái dẻo, thân
đinh tán giãn ra, do đó đường kính thân đinh giảm bớt. trong thời gian đó đinh
tán khơng làm tăng áp lực tác động lên các chi tiết ghép. Cùng với sự giảm nhiệt
độ, vật liệu đinh tán từ từ chắc lại và bắt đầu có sức cản co ngót. Lực siết (căng)
được quyết định bởi lực nén đinh tán trong giai đoạn nguội lại từ nhiệt độ mà ở
đó biến dạng dẻo của vật liệu đinh tán được thay bằng biến dạng đàn hồi, đến
nhiệt độ nguội hồn tồn. Lực ép đó cũng quyết định các ứng suất kéo bên trong
thân đinh tán.
Dông cô tá n
Đ inh tá n
Chi tiết ghép

a) Trc khi tỏn
Hỡnh 1.3 : Sơ đồ tán nóng

11

b) Sau khi tán


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.2.2.2 Tán nguội
Trong tán nguội khơng xuất hiện sự co ngót đinh tán do tác động của nhiệt
độ. Lực dọc trục siết căng các chi tiết ghép trong tán nguội nhỏ hơn lực siết căng
trong tán nóng và khơng phụ thuộc vào mức biến dạng dẻo của các đinh, mức
biến dạng đó có thể biến động trong những giới hạn đáng kể và ít nhiều có trị số
khơng đổi chỉ trong việc tán đinh bằng máy.
Ngược với mối ghép tán đinh nóng, độ bền mối ghép tán nguội được quyết

định chủ yếu bởi độ bền cắt của các đinh tán. Lực ma sát trên chỗ nối có khả
năng làm cho các đinh tán khơng bị cắt và ép lún.
90°

a)

e)

c)

b)

g)

f)

d)

h)

Hình 1.4 : Các dạng đinh tán sử dụng trong ghép nối tấm
Khi tán nguội, sự hóa bền vật liệu có tác động tốt tới độ bền mối ghép.
Trong ngành chế tạo máy chủ yếu áp dụng tán nguội vì việc tán nguội loại
trừ được tác động nhiệt và tạo được các mối ghép chắc mà không làm sai lệch độ
chính xác kích thước của các chi tiết và sự bố trí tương tác của chúng. Bằng đinh
tán có thể gia cố các đối trọng vào các má trục khuỷu, các tấm ốp vào các chi tiết
to lớn, các tấm đệm vào các đĩa ly hợp và vào các guốc phanh. Ghép các kết cấu
tấm nhẹ bằng đinh tán, ví dụ các vịng cách dập của các ổ bi.

12

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Do khơng có tác động nhiệt, lại đơn giản và năng suất cao nên tán nguội
trong nhiều trường hợp đã thay thế tán nóng ngay cả khi ghép các tấm và các chi
tiết có tiết diện lớn.
Hình 1.4 trình bày một số dạng đinh tán sử dụng trong tán nguội. Khi bố trí
các đinh tán có các độ hở thì biến dạng dẻo nhất định phải đủ để siết căng các chi
tiết ghép và đảm bảo sự dàn phẳng thân đinh cho đạt độ hở đã chọn và đảm bảo
sự áp khít thân đinh vào thành lỗ và đặc biệt ở mặt phẳng nối các chi tiết ghép, vì
vậy khơng nên dùng các đinh có lỗ phẳng và mũ cầu (hình 1.4a, 1.4b) tì lên bề
mặt các chi tiết cần tán mà nên dùng các đinh có mũ chìm vào (hình 1.4c, 1.4d),
khi đó lực tán sẽ được truyền nhiều vào thân đinh làm cho nó nở ra theo hướng
ngang.
1.2.2.3 Vật liệu đinh tán
Đối với mối ghép tán nóng, vật liệu làm đinh tán thường là thép cacbon
C30, C35, C45. Trong các mối ghép đặc biệt, tuỳ theo điều kiện làm việc, các
đinh tán được chế tạo bằng thép chống ăn mòn, bằng các hợp kim bền nhiệt và
chịu nhiệt.
Đối với các mối ghép tán nguội người ta dùng đinh tán làm từ thép dẻo
C10, C20, cịn trong các mối ghép quan trọng thì dùng thép 15X, 20X. Những
thép này ngồi độ dẻo cịn có độ bền cao.
Để ghép nối các kim loại màu cũng như ghép các vật liệu mềm vào các chi
tiết kim loại người ta dùng đinh tán làm bằng đồng, đồng thau, đồng thanh, nhôm
và hợp kim nhôm. Để tán các mối ghép chịu lực làm bằng hợp kim nhôm người
ta dùng đinh tán nhơm đura Đ1, Đ16. Nếu địi hỏi mối ghép phải có độ chống ăn
mịn thì đinh tán đựơc chế tạo bằng thép chống gỉ, hợp kim titan và hợp kim
niken.

13


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.2.3 Ghép nối dựa trên biến dạng dẻo
Phương pháp ghép nối bằng đinh tán ngày nay được sử dụng rông rãi trong
hầu hết các lĩnh vực công nghiệp.Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương
pháp ghép nối này là phải gia công lỗ trước khi dập đinh tán, chiều dày chi tiết
ghép bị hạn chế (khó áp dụng được cho vật liệu ghép có chiều dày mỏng).Ngồi
ra, mối ghép bị lồi về hai phía làm cho mặt ngồi của tấm khơng được
phẳng.Phương pháp ghép nối bằng biến dạng dẻo là một phương pháp có thể
khắc phục được những nhược điểm đó.
Nguyên lý của phương pháp ghép nối dựa trên biến dạng dẻo là tận dụng
khả năng biến dạng dẻo của kim loại được ghép để cấy đinh ghép vào giữa các
chi tiết cần ghép tạo ra sự liên kết giữa các chi tiết, hoặc có thể dùng lực cơ học
làm biến dạng chi tiết ghép, tạo ra mối ghép giữa chúng mà thậm chí khơng cần
sử dụng đinh tán. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực lắp
ghép khung vỏ máy móc, ôtô, máy bay và đặc biệt thích hợp với các vật liệu hợp
kim nhôm, magiê, titan và cả thép.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp ghép nối này là:
- Tính kinh tế cao, phạm vi ứng dụng rộng rãi, không gây hại cho mơi
trường.
- Có thể ứng dụng rộng rãi để ghép các vật liệu cùng loại và khác loại như
: nhôm, hợp kim nhôm, hợp kim magiê, ghép nối hợp kim nhôm với thép... Đây
là những ưu điểm lớn nhất của phương pháp ghép nối bằng biến dạng dẻo.
- Mối ghép có tính thẩm mỹ cơng nghiệp cao, đảm bảo tính năng kỹ thuật
như: độ cứng vững, bền và truyền nhiệt tốt.
- Thiết bị nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, thao tác nhanh trên mọi vị trí, dễ tự
động hố q trình làm việc.

- Khơng cần xử lý bề mặt ghép nối, không bị ảnh hưởng nhiệt như các
phương pháp khác.
- Có khả năng kín khít cao
14


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại các nhược điểm sau:
- Kết cấu đinh tán phức tạp.
- Tại mối ghép có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn.
- Chiều dày chi tiết ghép bị hạn chế (khó áp dụng cho các chi tiết có chiều
dày lớn hơn 3mm).
Phương pháp ghép nối bằng biến dạng dẻo chia thành hai loại : Ghép nối
sử dụng đinh và ghép nối không dùng đinh dựa vào sự biến dạng dẻo.
1.2.3.1 Ghép nối sử dụng đinh tán đâm xuyên
Phương pháp ghép nối dựa trên cơ sở biến dạng dẻo có sử dụng đinh tán
cũng được tiến hành tương tự như ghép nối đinh tán nhưng có điểm khác biệt là
không cần phải khoan lỗ trước trên tấm ghép nối mà ta có thể tán đinh trực tiếp
vào các tấm ghép nối. Chính vì vậy, phương pháp này chỉ thích hợp đối với việc
ghép nối các tấm mỏng và có tính dẻo cao (ví dụ như ghép nối các chi tiết vỏ xe
ôtô, cánh máy bay hay vỏ hộp của các thiết bị điện, đồ gia dụng).
Trong phương pháp này đinh tán có cấu tạo đặc biệt. Sau khi ghép nối đinh
tán cũng nằm lại trên các chi tiết cần ghép. Có hai loại đinh tán thường được sử
dụng là đinh tán đâm xuyên qua vật liệu và đinh tán khơng đâm xun.
Q trình ghép nối có sử dụng đinh tán đâm xun được thể hiện trên hình
1.5. Trong đó, đinh tán có kết cấu đặc biệt như rỗng và có chân sắc nhọn. Khi
thực hiện ghép nối cần phải có dụng cụ tạo hình như cối và chày. Cối có biên
dạng đặc biệt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình biến dạng dẻo của kim loại
và hình thành mối ghép chặt. Khi thực hiện, đinh tán sẽ được tán vào vật liệu tấm

nhờ chày tán, đinh tán xuyên qua lớp vật liệu thứ nhất và tạo biến dạng dẻo ở lớp
vật liệu thứ hai. Do cối tán có biên dạng đặc biệt làm cho đinh tán cũng bị biến
dạng theo biên dạng của cối tán và liên kết chặt hai lớp vật liệu cần tán. Đinh tán
phải xuyên qua vật liệu nên ngoài kết cấu đặc biệt, chúng cịn được làm bằng các
vật liệu có độ bền cao như thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm. Phương pháp này

15


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

được ứng dụng rất phổ biến để liên kết các vật liệu dễ biến dạng như hợp kim Al,
Mg và được sử dụng trong công nghiệp ơtơ, máy bay (hình 1.7) và cơng nghiệp
đồ hộp.

Hình 1.5: Quá trình tạo mối ghép sử dụng đinh tán đâm xuyên
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra mối ghép có chất lượng cao
tuy nhiên, phải chế tạo cối tán và đinh tán có kết cấu phức tạp. Thơng thường
đinh tán có dạng trụ trịn rỗng ở trong và có chân nhọn, sắc như trên hình 1.6

Hình 1.6: Đinh tán đâm xuyên và kết cấu của chúng

16


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.2.3.2 Ghép nối sử dụng đinh tán đâm xuyên.
Quá trình ghép nối dựa trên biến dạng dẻo sử dụng đinh tán không đâm
xuyên cũng thực hiện hoàn toàn tương tự như trường hợp sử dụng đinh tán đâm

xuyên. Nhưng trong trường hợp này đinh tán không đâm xuyên qua vật liệu mà
chỉ bị biến dạng dẻo cùng với vật liệu tấm để tạo thành mối ghép với sự trợ giúp
của hệ thống cối di động.

a) Ghép nối các chi tiết vỏ ôtô

b) ghép nối các chi tiết cánh máy bay
Hình 1.7 : Dùng đinh tán ghép nối các chi tiết vỏ ôtô và cánh máy bay

17


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.8 mơ tả q trình tạo mối ghép sử dụng đinh tán khơng đâm xuyên.
Ban đầu (trạng thái a), tấm được đặt trên cối ghép di động, khoảng cách giữa
đinh tán và cối di động nhỏ hơn tổng chiều dày của vật liệu ghép nối. Khi chày
ép đinh tán xuống vật liệu, cối di động sẽ bị ép nở ra và tạo thành biên dạng đặc
biệt để kim loại biến dạng vào các khe hở tạo ra sự liên kết giữa đinh tán và vật
liệu tấm ở cuối quá trình khi đinh tán bị biến dạng dẻo và bị ép vào tấm. Phương
pháp này được ứng dụng rất có hiệu quả trong cơng nghiệp máy bay và đồ hộp để
ghép nối các vật liệu tấm dễ biến dạng như hợp kim Al, Mg.

1. Chày

4. Cối di động

2. Đinh tán không đâm xuyên

5. Kẹp đàn hồi

3. Tấm được ghép nối

6. Bệ đe

Hình 1.8: Quá trình tạo mối ghép sử dụng đinh tán không đâm xuyên

18


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Cũng giống như việc sử dụng đinh tán
đâm xuyên, việc sử dụng đinh tán
không đâm xuyên cũng cho mối ghép
chất lượng .
Hình 1.9 thể hiện một số loại

Hình 1.9 : Đinh tán khơng đâm xun

đinh tán không đâm xuyên.

1.2.3.3 Ghép nối không dùng đinh tán
Khi nghiên cứu quá trình ghép nối dựa trên biến dạng dẻo có sử dụng đinh
tán khơng đâm xun ta nhận thấy rằng kim loại tấm liên kết đã bị móc vào nhau
đồng thời bị đinh tán ép chặt. Độ bền của mối ghép tăng do kim loại ít bị biến
mỏng hơn so với không dùng đinh tán.
Dựa trên những nhận định đó ta có thể phát triển một loại phương pháp
ghép nối mới dựa trên biến dạng dẻo dùng đinh tán đặc, khơng đâm xun.

Hình 1.10: Mối ghép khơng sử dụng đinh tán
Đối với phương pháp này được ứng dụng cho các loại vật liệu có khả năng
biến dạng dẻo ở trạng thái nguội cao.
Hiện nay, phương pháp phương pháp ghép nối sử dụng đinh tán đang được
nghiên cứu, ứng dụng tại một số nước công nghiệp phát triển đối với một số chi
tiết trong vỏ ôtô, ống dẫn chất lỏng, khí, vỏ hộp...

19


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.3 Mục đích nghiên cứu của luận văn
Để ghép nối các chi tiết dạng tấm trong công nghiệp ô tô, chế tạo vỏ hộp
thiết bị điện hay đồ gia dụng, từ trước tới nay vẫn hay ứng dụng phương pháp
hàn điểm hay ghép bu lông hoặc vít. Trong vịng 5 năm trở lại đây, đa phần các
chi tiết dạng tấm trước khi đem ghép nối đã được phủ sơn, nhựa hoặc mạ kẽm để
bảo vệ và chống ăn mòn. Việc ghép nối các chi tiết thép tấm có phủ bằng phương
pháp hàn điểm khơng kinh tế, bởi lẽ khi hàn các lớp phủ sẽ bị hỏng do ảnh hưởng
của nhiệt độ khi hàn, sau khi hàn phải xử lý lại vị trí mối hàn. Hơn nữa, do yêu
cầu kết cấu phải nhẹ để tiết kiệm nhiên liệu khi vận hành, nên các nhà kỹ thuật đã
lựa chọn vật liệu hợp kim nhôm để thay thế các vỏ thép. Đối với việc ghép nối
chi tiết tấm bằng hợp kim nhơm khó có thể thực hiện được bằng hàn điểm bởi sự
khác biệt quá lớn về nhiệt độ nóng chảy của lớp oxít bên ngồi là vật liệu nhơm
bên trong. Chính vì vậy, phương pháp ghép nối bằng biến dạng dẻo đã mở ra một
hướng nghiên cứu mới cho phép ghép nối các chi tiết vỏ mỏng đặc biệt là các
loại hợp kim nhôm, magiê, titan... Trong phương pháp ghép nối bằng biến dạng
dẻo ta cần quan tâm tới công nghệ ghép nối dùng đinh tán không đâm xuyên. Ưu
điểm lớn nhất của công nghệ này là không phải chế tạo đinh tán phức tạp như
phương pháp dùng đinh tán đâm xuyên, vừa đảm bảo chất lượng mối ghép về

tính bền cũng như thẩm mỹ, đồng thời ứng dụng được cho tất cả các loại vật liệu
khác nhau dùng trong công nghiệp ô tô cũng như dân dụng. Nhược điểm của
phương pháp là đòi hỏi thiết bị phức tạp hơn so với hai phương pháp còn lại. Mặt
khác, ta phải có cơng đoạn chuẩn bị đinh tán trước. Tuy nhiên xử lý những nhược
điểm này không phải là vấn đề khó khăn đối với cơng nghệ hiện đại ngày nay.
Một nhược điểm của phương pháp ghép nối bằng đinh tán là có sự đâm xuyên
đinh tán qua lớp vật liệu ghép tạo ra sự phá huỷ kim loại ghép làm giảm độ bền
của mối ghép. Mặt khác, khi đó sẽ tạo ra khe hở giữa đinh tán và vật liệu ghép.
Trong quá trình sử dụng, mối ghép sẽ bị ăn mịn điện hố. Để khắc phục người ta
đã sử dụng loại đinh tán không đâm xuyên. Nhưng loại này chỉ có thể khắc phục
20


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

được nhược điểm thứ nhất, cịn khả năng bị ăn mịn điện hố vẫn có thể xảy ra.
Chính vì vậy, phương pháp ghép nối khơng sử dụng đinh tán cần thiết được
nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm trên.
Từ những phân tích, nhận định ở trên, trong phần nghiên cứu của luận văn
sẽ tập trung vào nghiên cứu phương pháp, quá trình hình thành mối ghép, mơ
phỏng q trình biến dạng dẻo của kim loại khi ghép nối để có thể đưa ra một cơ
sở cho ghép nối dựa trên biến dạng của vật liệu sử dụng đinh tán khơng đâm
xun. Sau đó sẽ tiến hành thí nghiệm ghép nối để chứng minh khả năng công
nghệ của phương pháp.

21


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GHÉP NỐI DỰA
TRÊN BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI VÀ SỬ DỤNG ĐINH
TÁN KHƠNG XUN
2.1 Ghép nối trên khn cối lõm
2.1.1 Sơ đồ công nghệ
Phương pháp ghép nối sử dụng đinh tán không xuyên thủng với cối lõm là
phương pháp dựa trên khả năng biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra sự liên kết
các lớp vật liệu tấm dưới tác dụng của ngoại lực làm biến dạng dẻo kim loại
trong khn. Sơ đồ q trình ghép nối sử dụng đinh tán không xuyên, gồm 2 loại
là đáy cối lồi và đáy cối lõm.

Hình 2.1 : Sơ đồ công nghệ ghép nối trên khuôn đáy cối lồi

22


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 2.2 : Sơ đồ công nghệ ghép nối trên khuôn đáy cối bằng
Ban đầu, tấm đặt trên bề mặt cối ghép. Khoảng cách giữa chày và cối nhỏ
hơn tổng chiều dày của vật liệu ghép nối. Khi chày ép đi xuống, vật liệu sẽ bị
biến dạng tương tự như quá trình dập vuốt. Nhưng do khe hở chày-cối nhỏ hơn
tổng chiều dày hai lớp vật liệu nên vật liệu sẽ bị biến mỏng. Do cối được chế tạo
có biên dạng lõm đặc biệt nên trong quá trình bị nén ép, vật liệu tấm trên có xu
hướng chảy dồn về phía biên dạng lõm đồng thời đẩy vật liệu tấm dưới điền đầy
phần biên dạng lõm. Khi điền đầy đáy cối lõm, dưới tác dụng của lực ép xuống
vật liệu tấm dưới có xu thế chuyển động ngược lên trên dọc theo thành lòng cối
nén ép vật liệu tấm trên tạo ra mối liên kết hình chữ “S” 3 lớp, tấm kim loại dưới,

23