Luận văn ThS: Nghiên cứu công nghệ chồn điện liên tục và ứng dụng chế tạo xupap

Tổng quan luận văn thạc sĩ về công nghệ chồn điện liên tục. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, mô phỏng và ứng dụng chế tạo xupap trong công nghiệp.

• Tác giả: Đoàn Văn Hùng
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chồn điện: Nghiên cứu công nghệ chồn liên tục được nung nóng cục bộ bằng phương pháp ngắn mạch dòng điện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ chồn điện

Công nghệ chồn điện là một phương pháp gia công áp lực hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo. Đây là công nghệ gia công không phi tận dụng khả năng biến dạng đẻo của kim loại, vừa tiết kiệm vật liệu vừa tăng cơ tính của sản phẩm. Công nghệ chồn điện bằng ngắn mạch dòng điện là một cải tiến quan trọng, cho phép nung nóng cục bộ liên tục, đạt được tỉ số chồn (HD) cao tới 19. Phương pháp này có khả năng tự động hóa cao, hoạt động liên tục với độ ổn định cao, phù hợp cho sản xuất công nghiệp, quốc phòng, giao thông vận tải và chế tạo gia dụng.

1.1. Nguyên lý hoạt động của chồn điện

Chồn điện sử dụng dòng điện ngắn mạch để tạo nhiệt cục bộ, làm nóng vùng cần chồn của kim loại. Quá trình này tạo ra ứng suất và biến dạng trong vật liệu, cho phép hình thành các sản phẩm phức tạp. Hệ thống gia nhiệt phương pháp ngắn mạch giúp kiểm soát nhiệt độ chính xác, tối ưu hóa thông số năng lượng và lực trong quá trình chồn cục bộ liên tục.

1.2. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

Công nghệ chồn điện được áp dụng thành công trong sản xuất xupap ô tô, xe máy và hàng không. Các sản phẩm điển hình bao gồm: tay biên, tục khuỷu, trục cam, thanh truyền, bulong và bánh răng. Ngoài ra, công nghệ này còn ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng sản xuất nòng súng, nòng pháo, và các dụng cụ lao động dân dụng.

II. Nghiên cứu công nghệ chồn điện chế tạo xupap

Xupap là chi tiết quan trọng trong động cơ đốt trong, đòi hỏi chất lượng cao và độ chính xác tuyệt đối. Chế tạo xupap bằng công nghệ chồn điện (Electric Upsetting) mang lại những lợi ích vượt trội. Nghiên cứu quá trình chồn điện thông qua mô phỏng quá trình chồn giúp xác định các thông số tối ưu, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm. Việc phân tích khuyết tật hình thành trong quá trình chồn điện liên tục là chìa khóa để nâng cao khả năng chịu lại của xupap, đảm bảo độ bền và hiệu suất động cơ.

2.1. Cấu tạo và chỉ tiết xupap

Xupap trong động cơ đốt trong bao gồm các chi tiết chính như thân xupap, đầu xupap và các chi tiết kết nối. Quá trình chế tạo xupap yêu cầu độ chính xác cao về hình dạng, kích thước và tính chất cơ học. Công nghệ chồn điện cho phép kiểm soát chính xác biến dạng, tạo ra các chi tiết xupap đạt tiêu chuẩn chất lượng quốc tế.

2.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất

Tối ưu hóa tham số chồn điện bao gồm điều chỉnh dòng điện, nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Hợp kim 3Cr20Ni10W2 thường được sử dụng cho xupap cao cấp. Việc giảm khuyết tật sau chồn điện thông qua kiểm soát nhiệt độ ở khoảng 930-1130°C giúp cải thiện khả năng chịu lực và độ bền sản phẩm cuối cùng.

III. Hệ thống gia nhiệt và kiểm soát quá trình

Hệ thống gia nhiệt bằng ngắn mạch dòng điện là trái tim của công nghệ chồn điện hiện đại. Phương pháp này sử dụng biến áp điện xoay chiều để tạo dòng điện lớn qua vùng tiếp xúc, sinh ra nhiệt độ cao cục bộ. Phân bố nhiệt độ trong quá trình chồn được kiểm soát chính xác, tạo điều kiện để biến dạng đẻo diễn ra đều đặn. Sự dẫn nhiệt của thép phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó việc điều chỉnh tham số dòng điện là rất quan trọng để đạt được chất lượng sản phẩm cao nhất.

3.1. Thiết bị và sơ đồ công nghệ

Sơ đồ thiết bị chồn điện bao gồm nguồn cung cấp điện, hệ thống kiểm soát, khuôn chồn và các cảm biến. Sơ đồ biến áp điện xoay chiều cho phép điều chỉnh điện áp và dòng điện linh hoạt. Mô hình phân tích phần tử hữu hạn giúp mô phỏng quá trình chồn, dự đoán ứng suất và biến dạng, từ đó tối ưu hóa thiết kế khuôn chồn.

3.2. Kiểm soát khuyết tật và chất lượng

Phân tích khuyết tật trong chồn điện liên tục bao gồm vỡ nứt, lồi lõm và không đồng nhất hình dạng. Việc kiểm soát điều kiện ổn định khi chồn, bao gồm giới hạn bền của thép ở nhiệt độ cao, giúp giảm thiểu khuyết tật. Tối ưu hóa tham số là quy trình liên tục để nâng cao chất lượng sản phẩm chế tạo.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu công nghệ chồn điện đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc cải thiện tỉ số chồn (HD) lên tới 19, tăng đáng kể khả năng chịu lại của sản phẩm. Ứng dụng công nghệ này vào sản xuất xupap ô tô, xe máy và hàng không đã chứng minh hiệu quả cao. Quá trình chồn điện liên tục với nung nóng cục bộ bằng phương pháp ngắn mạch dòng điện mở ra nhiều cơ hội phát triển cho ngành cơ khí Việt Nam. Công nghệ này không chỉ tiết kiệm vật liệu mà còn nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường quốc tế.

4.1. Thành tựu nghiên cứu chính

Giải quyết thành công bài toán chồn cục bộ liên tục nung nóng bằng ngắn mạch dòng điện là thành tựu lớn. Đạt được tỉ số chồn (HD) = 19 cho thấy khả năng biến dạng xuất sắc. Ứng dụng vào ngành công nghiệp phụ trợ, đặc biệt chế tạo xupap ô lỗ là bước tiến quan trọng trong tự chủ công nghệ của nước ta.

4.2. Hướng phát triển tương lai

Công nghệ chồn điện có tiềm năng phát triển to lớn trong những năm tới. Việc kết hợp mô phỏng số và tối ưu hóa tham số sẽ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất. Ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không, quốc phòng sẽ đóng góp quan trọng vào sự phát triển kinh tế-xã hội của đất nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRUONG BAI HOC BACH KHOA HA NOT LUAN VAN THAC Si Nghiên cứu công nghệ chỗn liên tục được nung nóng cục bộ bằng phương pháp ngắn mạch dòng điện DOAN VAN HUNG [e-mail] Ngành Quán lý kinh té Giảng viên hưởng dẫn: - PGS. Phạn Văn Nghệ Chữ ký của GVHD Viện: Cơ khi LA NOL, 12/2019 ĐỂ TÀI LUẬN VĂN Để tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ chôn liên tục được nưng nóng cục bộ bằng phương pháp ngắn mạch đòng điện. Chuyên ngành: Cơ điện tử Tac gia Iuan van: Doan Van Ifung Giáo viên hướng dẫn Ký và ghỉ rõ họ tên Loi cam on Ban than tim hiểu về lĩnh vực gia công áp lục tôi đã được PGS. Phạm ‘Van Nghệ giao vả hướng dẫn tim hiểu công nghệ chồn liên tục được nung nóng cục bộ hằng phương pháp ngắn mạch đòng điện.

Sau nhiều tháng được sự hướng đẫn tận tỉnh của PGS. Phạm Văn Nghệ cùng với việc tham khảo một số tài liệu liên quan, theo yêu câu đặt ra học viên đã hoàn thành bản luận văn được giao. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu „ khó tránh khôi những thiểu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng gop từ quý thấy, cô và bạn bè đồng nghiệp. Một lần nữa học viên xí chân thành cảm ơn PGS.

Phạm Văn Nghệ cùng quý thấy, cô trong viên cơ khí, viện đào tạo sau đại học — Đại Học Bách Kho; a Hà Nội đã hướng dẫn giúp học viên hoàn thành hiận vẫn này ‘Tom tắt nội dung luận văn s& Nội dung nghiên cửu Chỗn tổng quan, cơ sở lý thuyết bài toán chỗn. Trang thái ứng suất, biên đạng, điều kiện ôn định khi chồn. Hệ thống gia nhiệt phương pháp ngắn mạch dòng điện bài toàn chỗn điện. Nghiên cửu cơ cầu máy dé théa main diễu kiện tạo hình, chịu lực Xác định các thông số năng lượng Lực trong quả trình chồn cục bộ liên.

Tục Ung đụng công nghệ chôn điện chế tạo xupap Mô phỏng quá trình chến điện chế tạo chỉ tiết xupap Phân tích khuyết tật hình thành trong quá trình chân điện liên tục (Eleetric Upsetting) Téi wu héa thang sd vé dòng điện chồn giảm khuyết tật sau chôn điện. % Kết quá nghiên cửu Nghiên cứu thành công bài toán chỗn cục bộ liên tục rung nóng phối bằng phương pháp ngắn mạch dòng điện và đưa ra được tỉ số chẳn (HD) đạt tới 19, tăng khả năng chịu lai, Ung dụng được vào Irong ngành công nghiệp phu trợ, cụ thể việc chế tạo xupap ô lỗ, xe máy, hàng không THọc viên Kỹ và ghỉ rõ lọ tên Toàn Văn Hưng CHUONG 1. TONG QUAN CONG NGHE DAP KHOI V.1 Giới thiệu các sản phẩm dập khổi điển hình Với vai trò quan trọng của ngành cơ khi và xuất phát từ nửm câu thị trường, trong những năm gản dây các doanh nghiệp cơ khi đã có nhiều déi mỏi,dâu tư phat triển năng lực công nghệ, thiết bị và từng bude nang > ning luc Thiết chế tạo. Cơ khí Việt Nam đã có sự tăng trưởng đáng kể, đỏng góp một phần không nhỏ vào phát triển kinh tế - xã hội và tạo ra sự đa dạng các sản phẩm trong cơ khi, Die biét trong linh vyc gia công, áp lực với những ưu điểm vượt trội, được coi la một công nghệ chế lao chính ap dụng rộng rãi trong dời sống sản xuất.

Đây là phương pháp gia công không phi, đựa vào khả năng biển dạng đẻo của kim loại vi vậy phương pháp nảy không những tiết kiệm được vật liệu mã còn tăng cơ tính. của sản phẩm. Trong thời kì công nghiệp hóa hiên dại hóa đất nước, ngành cơ khí nói chưng và ngành gia công áp lục nói riêng đóng một vai tò vô cùng quan trong. Vai kha năng tự động hóa cao, hoạt động trang môi trường làm việc liên tục với sự én định cao, các thiết bị, công nghệ gia công sản phẩm bằng áp lực có mặt ở r: khắp mọi lĩnh vực trong nên kinh tế: Xây dựng, giao thông, quốc phòng, sẵn xual công nghiệp, sẵn xuất gia dụng.

tên và đập khối có những bước liễn quan Irọng đóng góp vào sự đa dang các san phẩm cơ khí trong gia công áp lực, từ việc nghiên cứu phát triển công nghệ dến chuyển giao công, nghệ sản xuất tiên tiền cho các doanh nghiệp. Một số sản phân diễn hình của công nghệ dập kh: Cong nghé tao hinh kim loai khối được ứng đụng rất nhiều trong ngành chế tao may: - Trong đân đụng: Các đụng cụ lao động như cuốc, búa rìu, dụng cụ sửa chữa như cờ lễ, kùm điệu - Công nghiệp máy: Tay biên, tục khuỷu, trục cam, thanh truyền, bulong, trục nói, bánh răng, -_ Công nghiệp quốc phòng: Nông súng, nòng pháo. $ Trong dân dụng tờ Hinh 2.9 Chén ca ma sal.10 Phân bố ứng suất pháp trên bể mặt tiếp xúc 32 Tình 2.11 Mô hình phâu tích phản tử hữu hạn của quá trình chỗn điện 34 Tình 3.12 Sự thay đối hình đáng các vững trong quá trình chôn phéi hinh bu.13 So dẻ nguyênlý công nghệ Chỏn diễn. 3Ó Hình 214 Phân loại công nghệ Chỗn điện - 36 Hình 2.15Các hình đạng đũ diều kiện khi chồn diện.16 Các khuyẻl tật trong chồn chện.] Xupap trong động cơ dốt trong,.2 Cau tao Xupap.3 Chỉ tiết xupap.4 So dé céng nghé chén dign chế tao xupap ( Electric Upsetting).5 Dường cong ứng suất thực sự cúa hợp kim 3Cr20NiIOW2 ở các nhiệt độ và tốc độ biến dang khác nhau (2a) 0,01 s1, 930 ~ 1130 °C: (b) 0,1 st, 930 ~ 1130 ®Ơ; (e) 1 #1, 930 -~ 1130 °Œ, (d) 10 s1, 930 ~ 1130 %C.6 Phân bé nhiệt độ trong quá trình chỗn.7 Sơ để đông máy chến điện -.8 Sự thay đổi hệ số dẫn nhiệt 4 của thép phụ thuộc vào nhiệt độ.9 Giới hạn bản của thép ø, khi nung, Mpa s0 Tĩnh 3.

Sơ đỗ biến áp điện xoay chiều - --84 Tĩnh 3.11 Sơ để nguyên lý máy phát dòng điện một chiế 55 Hình 3.13 Méi quan hệ cơ-nhiệt điện.14 Qué tinh hình thành khuyết tật thứ cấp (mô phống sổ).15 Hình đạng của phôi sau khi chỗn đưới các dòng khêng đối khác nhau HH KH“ TH HH HA. TH TH HH 1n pc see SD Tinh 3.16 Kết quả hình thành trong mônộ phòng số - _.17 Kết quả hình thánh trong thí nghiệm tham khảo [12] 59 Lfinh 3. Sơ để thủy lực máy chốn điện.1 phản mềm Qform - - 6 Tlinh 4.2 Mô phỏng rèn tay biên.- 66 Hinh 43 M6 phéng bién dang trong forma rirén nguéi - .4 Wheel Rolling & Ring Rolling .5 Cross lăn bằng cách mô phỏng khuônphẳng trong Qform 7 Tlinh 4.6 M6 phéng trong Qform Extrusion - 8 Hình 4.7 So dé Blectric upsetting - 8 Hinh 4. Chi tiét de chén ( Anvil) b.

Chi tiét day (Pusher) 69 Tình 49 ä Kẹp điện cực (Clamp Cunen) — b.Phôi gia công.10 Mo hinh Chon điện. 6 Tỉnh 411 Mê hình 2D chỗn điện 7 Tỉnh 412 Phân bố nhiệt độ. 7 Hinh 413 Vận tốc dong chảy mô phỏng 3 Hình 4.15 Strain — Rate ( Hi lệ biển dạng} - 7S Hình 4. 7 Hinh 417 Blfeetive Stress ( Ứng suất tương dương) - 7 Hình 4.18 Dòng diện chỗn.

co c2 652cc cretrrrrrrrrrerrvree 7 Hình 4.19 Khuyết tật thứ cấp .20 Chỗn 3 ché dé dong dién. 7 DANH MỤC BẰNG Bang 3.1 Vật liệu chế tao Xupap - - - - 423 Bang 3.2 Tinh chất vật lý của vật liệu.3 Các thông số vặt ly giả định ban đâu.4 Các thông số sơ bộ ban đầu của máy. - - 48 y DANH MUC HINH VE Tĩnh 1.1 Một số dụng cụ cơ khi Hình 12 Hệ thống trục khuợu.3 Tay biên, hệ thắng trục khưởu, xupap nạp xả trong õ tô Hình 1.4 Bulong, đai ốc và hệ thống bánh răng, trục bậc hộp số.5 Nèng súng, đạn trong quân sự Hình 3 Hinh 1.7 Bién dane khi chén.8 So dé quá trình dập khối Hình 1.9 So dé dap khéi trén khudn kin Hình 1.10 Sơ đồ nguyêi ÿ ép chây Hình 111 Bp chảy thuận Hình 1.12 Êp chảy ngược Hình 1.13 Bp chảy ngang Hình 1.14 8ơ đỏ máy búa dùng trong công nghệ rèn.15 So dé va may ép ma sat true vil Hinh 1.16 Máy trục khuỹu đập nóng, Hình 1.17 Sơ đỗ và máy ép thủy lực Hình 1.18 Thiết bị chồn diện kiểu dừng, Hình 1.19 Thiết bị chốn diện kiểu ngang Hình 1.20 May chồn điện tự động robot Hình 121 Sản phẩm cồn điện Electric Upssetting.2 Lỏ mụng điện trỏ.23 Lò nung hỗ quang,.24 Lỏ nung cám ứng .25 Nung tiếp xúc dòng - Tĩnh 16 Cơ câu cấp phôi tự động chỉ tiết dạng __“— linh 1.27Cơ cấu cấp phôi vả lấy sản phẩm trong đập nóng,.28 Robot cấp phôi và lây sản phẩm sau khi chẳn linh 2.18ơ đổ bài toán chỗn.ì neeierrre Tĩnh 22 Biến đạng không đồng đéu khi chồn.3 Dé phình tang trồng phụ thuộc vào tỉ số đíh.4 Sự mất ổn định của phối khi b/d >2. bàaa bà Tĩnh 25 Các vùng biến dạng khác nhau khi chẳn.6 Các hình dạng khi chến toàn khỏi.

be tàø bộ4 hệ Hinh 2.7 Chén cục bộ tự do và có khuôn.8 Chến khẳng ma sát.10 Mo hinh Chon điện. 6 Tỉnh 411 Mê hình 2D chỗn điện 7 Tỉnh 412 Phân bố nhiệt độ. 7 Hinh 413 Vận tốc dong chảy mô phỏng 3 Hình 4.15 Strain — Rate ( Hi lệ biển dạng} - 7S Hình 4. 7 Hinh 417 Blfeetive Stress ( Ứng suất tương dương) - 7 Hình 4.18 Dòng diện chỗn.

co c2 652cc cretrrrrrrrrrerrvree 7 Hình 4.19 Khuyết tật thứ cấp .20 Chỗn 3 ché dé dong dién. 7 DANH MỤC BẰNG Bang 3.1 Vật liệu chế tao Xupap - - - - 423 Bang 3.2 Tinh chất vật lý của vật liệu.3 Các thông số vặt ly giả định ban đâu.4 Các thông số sơ bộ ban đầu của máy.9 Chén ca ma sal.10 Phân bố ứng suất pháp trên bể mặt tiếp xúc 32 Tình 2.11 Mô hình phâu tích phản tử hữu hạn của quá trình chỗn điện 34 Tình 3.12 Sự thay đối hình đáng các vững trong quá trình chôn phéi hinh bu.13 So dẻ nguyênlý công nghệ Chỏn diễn. 3Ó Hình 214 Phân loại công nghệ Chỗn điện - 36 Hình 2.15Các hình đạng đũ diều kiện khi chồn diện.16 Các khuyẻl tật trong chồn chện.] Xupap trong động cơ dốt trong,.2 Cau tao Xupap.3 Chỉ tiết xupap.4 So dé céng nghé chén dign chế tao xupap ( Electric Upsetting).5 Dường cong ứng suất thực sự cúa hợp kim 3Cr20NiIOW2 ở các nhiệt độ và tốc độ biến dang khác nhau (2a) 0,01 s1, 930 ~ 1130 °C: (b) 0,1 st, 930 ~ 1130 ®Ơ; (e) 1 #1, 930 -~ 1130 °Œ, (d) 10 s1, 930 ~ 1130 %C.6 Phân bé nhiệt độ trong quá trình chỗn.7 Sơ để đông máy chến điện -.8 Sự thay đổi hệ số dẫn nhiệt 4 của thép phụ thuộc vào nhiệt độ.9 Giới hạn bản của thép ø, khi nung, Mpa s0 Tĩnh 3. Sơ đỗ biến áp điện xoay chiều - --84 Tĩnh 3.