Luận văn: Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thuỷ cơ chế tạo vỏ mỏng 3 lớp

Luận văn thạc sĩ phân tích và thiết kế công nghệ dập thuỷ cơ. Ứng dụng chế tạo chi tiết vỏ mỏng dạng 3 lớp, mô phỏng và tính toán kỹ thuật.

• Tác giả: Vũ Đức Quang
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Gia Công Áp Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Công Nghệ Dập Thủy Cơ Chế Tạo Chi Tiết Vỏ Mỏng Dạng 3 Lớp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ dập thủy cơ chế tạo chi tiết vỏ mỏng 3 lớp

Công nghệ dập thủy cơ là một phương pháp tiên tiến trong gia công áp lực, được sử dụng để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng 3 lớp với độ chính xác cao. Phương pháp này kết hợp áp suất chất lỏng và lực cơ học để biến dạng các vật liệu composite thành các sản phẩm phức tạp. Dập thủy cơ có ưu điểm vượt trội so với dập vuốt thông thường, bao gồm giảm thiểu lực dập, cải thiện chất lượng bề mặt và tăng tuổi thọ khuôn dập. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong ngành ô tô, hàng không vũ trụ và công nghiệp gia dụng để sản xuất các bộ phận có cấu trúc đa lớp với yêu cầu kỹ thuật cao.

1.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động

Dập thủy cơ là kỹ thuật sử dụng áp suất chất lỏng kết hợp với lực cơ học để gia công. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc truyền áp suất đều đặn từ chất lỏng (thường là dầu) lên bề mặt vật liệu, giúp phân bổ lực tác dụng đều và hạn chế tập trung ứng suất. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho chi tiết vỏ mỏng 3 lớp vì nó cho phép kiểm soát chính xác quá trình biến dạng từng lớp vật liệu.

1.2. Ứng dụng thực tế trong công nghiệp

Công nghệ dập thủy cơ chế tạo chi tiết vỏ mỏng được ứng dụng trong sản xuất thùng chứa nhiên liệu, bình hứng dầu, và các chi tiết vỏ ô tô. Ngoài ra, phương pháp này cũng được sử dụng trong chế tạo các sản phẩm máy bay, tên lửa, và các bộ phận gia dụng yêu cầu độ bền cao kết hợp với trọng lượng nhẹ.

II. Đặc tính công nghệ và thiết kế khuôn dập thủy cơ

Thiết kế công nghệ dập thủy cơ đòi hỏi tính toán chính xác các thông số kỹ thuật bao gồm áp suất chất lỏng, lực dập vuốt, hành trình dập và khe hở tối ưu. Những yếu tố này quyết định chất lượng chi tiết vỏ mỏng 3 lớp và hiệu quả sản xuất. Khuôn dập thủy cơ được thiết kế với cấu trúc đặc biệt bao gồm tâm chặn, cối dập và hệ thống chặn thủy lực. Việc tính toán áp suất tối ưu giúp đạt được độ biến dạng mong muốn mà không gây hỏng hóc vật liệu, đồng thời kéo dài tuổi thọ công cụ dập.

2.1. Tính toán áp suất và lực dập

Áp suất chất lỏng trong hệ thống dập thủy cơ được tính toán dựa trên diện tích bề mặt tiếp xúc và lực cần thiết để biến dạng vật liệu. Lực dập vuốt cần thiết phụ thuộc vào tính chất cơ học của vật liệu, kích thước chi tiết vỏ mỏng, và độ phức tạp của hình dáng. Công thức tính lực dập là: F = P × A, trong đó P là áp suất và A là diện tích tác dụng.

2.2. Cấu trúc hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực của máy dập thủy cơ bao gồm bơm cấp áp, van điều chỉnh, xi lanh thủy lực và các cảm biến đo áp suất. Hệ thống đo hành trình dập sử dụng cảm biến để theo dõi chuyển động của đầu dập, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công chi tiết vỏ mỏng 3 lớp.

III. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng

Phân tích trạng thái ứng suất trong quá trình dập thủy cơ chế tạo chi tiết vỏ mỏng 3 lớp cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với phương pháp dập vuốt thông thường. Khi sử dụng dập thủy cơ, ứng suất phân bổ đều hơn trên toàn bề mặt vật liệu, giảm thiểu các vùng tập trung ứng suất nguy hiểm. Biên độ sòng của phôi (vật liệu ban đầu) được kiểm soát tốt hơn, giúp sản phẩm đạt độ chính xác cao hơn. Mô phỏng số sử dụng phần mềm etaDYNAFORM cho phép dự đoán trước quá trình biến dạng, từ đó tối ưu hóa công nghệ gia công và cải thiện chất lượng sản phẩm.

3.1. So sánh dập thủy cơ với dập vuốt thông thường

Dập thủy cơ tạo ra trạng thái ứng suất ít tập trung hơn so với dập vuốt thông thường (cứng cứng). Phương pháp truyền thống tạo ra các vùng ứng suất cao ở vùng tiếp xúc với khuôn, dễ gây nứt và méo mó. Dập thủy cơ giảm thiểu hiện tượng này nhờ áp suất chất lỏng phân bổ đều, tăng cơ hội thành công và giảm tỷ lệ phế phẩm.

3.2. Ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế

Mô phỏng số qua phần mềm etaDYNAFORM giúp kỹ sư dự đoán chính xác quá trình dập trước khi sản xuất thực tế. Phương pháp phân tích bằng phân tử hữu hạn (FEA) cho phép tối ưu hóa khuôn dập thủy cơ và các thông số công nghệ, tiết kiệm thời gian và chi phí phát triển sản phẩm mới.

IV. Vật liệu và quy trình gia công chi tiết vỏ mỏng 3 lớp

Chi tiết vỏ mỏng 3 lớp thường được chế tạo từ các vật liệu composite bao gồm nhôm (A16016-T4, A11050-H0), thép (ANSI 1020) và các hợp kim đặc biệt. Mỗi lớp vật liệu có tính chất cơ học riêng biệt, đòi hỏi quy trình dập phải được điều chỉnh phù hợp. Quy trình gia công bao gồm chuẩn bị phôi, dập cơ bản, dập hoàn thiện và kiểm tra chất lượng. Độ bền tắm chặn (tức độ dập được) của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định có thể hoàn thành chi tiết vỏ mỏng 3 lớp một lần hay cần nhiều bước gia công.

4.1. Lựa chọn và tính chất vật liệu

Vật liệu A11050-H0 (nhôm nguyên chất mềm) được chọn cho lớp giữa do khả năng biến dạng tốt, trong khi A16016-T4 cung cấp cứng độ cao. Thép ANSI 1020 được sử dụng khi cần độ bền tĩnh cao. Ma sát Coulomb giữa vật liệu và khuôn được kiểm soát để đạt hiệu suất tối ưu trong dập thủy cơ.

4.2. Các bước quy trình dập thủy cơ

Quy trình dập bao gồm: chuẩn bị phôi với kích thước và định hướng theo phương cán (RD), đặt phôi vào khuôn, áp dụng áp suất dần dần, duy trì áp suất trong hành trình dập xác định, và cuối cùng mở khuôn lấy sản phẩm. Kiểm tra chất lượng sử dụng cảm biến đo áp suất và cảm biến đo hành trình để ghi lại dữ liệu quá trình, đảm bảo chi tiết vỏ mỏng 3 lớp đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOI VŨ ĐỨC QUANG NGHIÊN CUU, THIET KE CONG NGHỆ DAP THỦY CO DE CHE TAO CHI TIET VO MONG DANG 3 LOP LUAN VAN TIIAC SY CONG NGIIE Co Kitt THA NOL- 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG DẠI HỌC BACT KMOA IIA NỘI vU BUC QUANG NGHIEN CUU, THIET KE CONG NGHE DAP THUY CO DE CHE TAO CHI TIET VO MONG DANG 3 LOP Chuyén ngank: Gia Cong Ap Lực LUAN VAN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Người hưởng dẫn khoe hạc: PGS. PHAM VĂN NGHỆ HÀ NỘI - 2008 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đuan đây là công trình nghiên cứu luận văn khua học cũa tôi. Các kết quá nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nảo. Tác giả Va Dire Quang Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 giữa mỏng Chương 3 - Tỉnh toản, thiết kế công nghệ dận thủy cơ chỉ tiết 89 xổ mỏng dạng 3 lớp.

Thiết kế công nghệ đập thủy cơ chỉ tiết võ tuông dang 3 lớp 89 3. Dập bằng phương pháp thông thường (chảy củng cdi — #9 cứng) 3. Dập bằng phương pháp thủy cơ 90 4. Tinh toan cac théng số công nghệ trong đặp thủy cơ chỉ tiết 93 vỗ mỏng dang 3 lớp 3.

Áp suất chất lỏng, 9 3. Khe hở tốt ưu. Lue chin phdi 95 3. Tỉnh toán thiết bi chân thủy lực 95 3.

Kiém nghiệm độ bên tắm chặn 100 3. Tawe cẩn của dối áp lên chảy 101 3. Lực dập vuốt cản thiết 101 3⁄28. Tĩnh loán, thiết kế hệ thống thuỷ lực để :iập thủy cơ 102 3.

Thiết kế khuôn đập thủy cơ 109 3. Sơ đỗ kết gấu máy dập thủy co 11 3. Kết cầu tâm chặn 112 ớ 112 112 3. Kết cầu cối đập thủy cơ 113 3.

Kết cầu hệ thông chặn thủy lực 113 3. Tính toán, thiết kế hệ thông đo Áp suất, ITành trình đập 114 _ 3. Căm biến do ap suất chất long 114 3. Căm biển đo hành trình chảy 118 3.

Bộ xử lý tín hiệu. 118 Chương 4 - Mô hình hóa quá trình dập thũy cơ chỉ tiết võ 121 _ mồng đụng 3 lớp. Vai trò và tu điểm của mồ phảng số trong thiết kế và tôi ưu — 121 công nghệ 4. Gidi thigu các phương pháp mô phông 12 4.2, Ứng đụng của mnô phông số 125 4.

Giới thiệu về phân mêm eta/J2YNAIFORM. Téng quan vé etaDYNAFORM 127 422. Một vai thông tin vé công ty phan mém 129 eta DYNAFORM 4. Phương pháp tỉnh toán trong eta/2YNAFORM.

130 Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 DANH MỤC CÁC HÌNH VE, BO THỊ Hinh 1. Sơ đỗ dập thủy cơ Hình 1. Chỉ tiết nmi 6té Hình 1. Cáo chỉ tiết vỏ ôtô và các chỉ tiết khác của ôtô lính 1.

Cáo loại thùng đựng nhiên liệu Hinh 1. Binh hứng dâu Tĩmh 1. Các săn phẩm của động cơ phản lực và máy bay Hinh 1. Các sẵn phẩm gia dụng Hình 1.

Cáo chỉ tiết khác lĩnh 1. Các sơ để đập thủy tĩnh Tẳmh 1. Các sơ để đập thủy tĩnh cặp vật liệu tắm Tình 1. Tâm riắp (coverplate) Hình 1.

Các bộ phận cũa ôtô Himh 1. Các sản phẩm từ phôi ống. Các so đổ và mồ hình đập xung điện thủy lực Tĩmh 1. Các sản phẩm từ đập xung điện thủy lực Tĩnh 1.

Sơ đồ quá trình dập thủy cơ các chỉ tiết đựng vỏ mỗng Hìmh 1. Sơ đỏ trạng thải ứng suất biển dạng đập vuốt thông thường, Hình 1. Sơ dỗ trạng thải ứng suất biển dạng đập vuốt thủy cơ Tĩnh 1. Biên độ sòng của phôi trong quả trình đập vuốt Hình 1.

So sánh trạng thái ứng suất— biển đạng khi đập thủy cơ với dap vuối thông thường Hình 1. Sơ dễ đặc trưng cho quá trình dập thủy cơ chỉ tiết thành mỏng lĩnh 2. Sơ để phản tích trạng thái ứng suất Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 DANH MUC CAC BANG Đăng 2. Cơ tinh của vật Hệu A16016-T4 và A11050-H0 Bang 2.

Co tinh của vật ligu APP 211 va DCO4 Bang, 2. Thanh phan cau tạo hỏa học của vật liệu lớp mỏng giữa nhôm nguyên chất mềm. Kích thước của thiết bị Bang 3. Cơ tỉnh của vật liệu ANSI 1020 Bang 4.

Giới thiệu về môi số phần mỗm mô phỏng Bang 4. So sánh giữa hai phương pháp Implieit và Explicit Bang 4. Mau vat liu va mau phan tử của một số vật liệu Bang 4. Bảng giả trị ma sát Coulomb [Marks] Bông 4.

Bằng định dạng nút 1018 Bông 4. Bằng lựa chọn chiến đây SE16. Bang lya chon OFFSET (E16. Bang lựa chọn tỉ lệ mit 1018 Bang, 4.

Băng địch các kỷ hiệu viết tắt Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHU VIET TAT Nội dung Thứ nguyên HDD Tập vuối thủy cơ {lydromechanical deep drawing) RD Phurong can (Rolling Direction) LD Đường cong tải (Load Diagram) FLD Đường cong gidi han tao hinh (Forming Limit Diagram) PIHIH Phântứ hữu hạn FEA Phân tích bằng phân tử hữu hạn (Firute Element. Analysis - FEA) CAR Computer-Aided Engineering Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 DANH MUC CAC BANG Đăng 2. Cơ tinh của vật Hệu A16016-T4 và A11050-H0 Bang 2. Co tinh của vật ligu APP 211 va DCO4 Bang, 2.

Thanh phan cau tạo hỏa học của vật liệu lớp mỏng giữa nhôm nguyên chất mềm. Kích thước của thiết bị Bang 3. Cơ tỉnh của vật liệu ANSI 1020 Bang 4. Giới thiệu về môi số phần mỗm mô phỏng Bang 4.

So sánh giữa hai phương pháp Implieit và Explicit Bang 4. Mau vat liu va mau phan tử của một số vật liệu Bang 4. Bảng giả trị ma sát Coulomb [Marks] Bông 4. Bằng định dạng nút 1018 Bông 4.

Bằng lựa chọn chiến đây SE16. Bang lya chon OFFSET (E16. Bang lựa chọn tỉ lệ mit 1018 Bang, 4. Băng địch các kỷ hiệu viết tắt Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 4.

Mê hình vật liệu trong eta/D YNATORM 132 4. Material Model 12: Tsolropie Elastic Plastic 133 4. Material Model 36: 3-Parameter Barlat Plasticity 133 443. Material Model 37: Transversely Anisotropic Flaslic- 137 Plastic 4.

Điều kiên biên 139 4. Thuật toán tiép xuc va va cham (Contact-Impact Algorithm) 142 4. Những tiến bộ trong nghiên cứu tiếp xúc 145 4. Tỉnh toản chiều dây vỗ 147 4.

Sự nhập vào nhau của tiếp xúc ban đầu 149 4. Tình toàn nẵng lượng liếp xúc 150 41.5, Su giảm tiếp xúo 181 4. Các phần tử trong eta DYNAFORM‘LS-DYNA 156 4. 161 Chương Š - Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chỉ tiết vỏ 163 mồng dạng 3 lớp $.

Tiên xử lý mỏ phóng 165 3. Xây dựng sô hình hình học — Nhập phôi và tuốt bị 165 5. Dit cde diéu kign md phony— Giai bai toan 167 5.4, Blank Material and Property Definition 169 5. Tiện xử lý — Khai tháo kết quả mồ phòng 178 5.

Phân tích biểu đỗ giới hạn tạo hình 178 5. Phân tích biển đày và biển móng trong tạo bính 180 5. Phân tích biển dạng đếo trong lạo hình thủy cơ 181 5. Phân tích ứng suất trong tạo hình thủy cơ 182 3.

Phân tích hc tác dụng trong tạo hình thủy cơ 183 5. Phân tích năng lượng trong quá trình tạo hình thúy cơ 185 3. Vị tri của thiết bị trong quá trình tạo hình 187 5. Kết luận 187 Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 giữa mỏng Chương 3 - Tỉnh toản, thiết kế công nghệ dận thủy cơ chỉ tiết 89 xổ mỏng dạng 3 lớp.

Thiết kế công nghệ đập thủy cơ chỉ tiết võ tuông dang 3 lớp 89 3. Dập bằng phương pháp thông thường (chảy củng cdi — #9 cứng) 3. Dập bằng phương pháp thủy cơ 90 4. Tinh toan cac théng số công nghệ trong đặp thủy cơ chỉ tiết 93 vỗ mỏng dang 3 lớp 3.

Áp suất chất lỏng, 9 3. Khe hở tốt ưu. Lue chin phdi 95 3. Tỉnh toán thiết bi chân thủy lực 95 3.

Kiém nghiệm độ bên tắm chặn 100 3. Tawe cẩn của dối áp lên chảy 101 3. Lực dập vuốt cản thiết 101 3⁄28. Tĩnh loán, thiết kế hệ thống thuỷ lực để :iập thủy cơ 102 3.

Thiết kế khuôn đập thủy cơ 109 3. Sơ đỗ kết gấu máy dập thủy co 11 3. Kết cầu tâm chặn 112 ớ 112 112 3. Kết cầu cối đập thủy cơ 113 3.

Kết cầu hệ thông chặn thủy lực 113 3. Tính toán, thiết kế hệ thông đo Áp suất, ITành trình đập 114 _ 3. Căm biến do ap suất chất long 114 3. Căm biển đo hành trình chảy 118 3.

Bộ xử lý tín hiệu. 118 Chương 4 - Mô hình hóa quá trình dập thũy cơ chỉ tiết võ 121 _ mồng đụng 3 lớp. Vai trò và tu điểm của mồ phảng số trong thiết kế và tôi ưu — 121 công nghệ 4. Gidi thigu các phương pháp mô phông 12 4.2, Ứng đụng của mnô phông số 125 4.

Giới thiệu về phân mêm eta/J2YNAIFORM. Téng quan vé etaDYNAFORM 127 422. Một vai thông tin vé công ty phan mém 129 eta DYNAFORM 4. Phương pháp tỉnh toán trong eta/2YNAFORM.

130 Học viên: VŨ ĐỨC QUANG Cao Hạc CNCK Khóa 2006 - 200 giữa mỏng Chương 3 - Tỉnh toản, thiết kế công nghệ dận thủy cơ chỉ tiết 89 xổ mỏng dạng 3 lớp. Thiết kế công nghệ đập thủy cơ chỉ tiết võ tuông dang 3 lớp 89 3. Dập bằng phương pháp thông thường (chảy củng cdi — #9 cứng) 3. Dập bằng phương pháp thủy cơ 90 4.

Tinh toan cac théng số công nghệ trong đặp thủy cơ chỉ tiết 93 vỗ mỏng dang 3 lớp 3. Áp suất chất lỏng, 9 3. Khe hở tốt ưu. Lue chin phdi 95 3.

Tỉnh toán thiết bi chân thủy lực 95 3. Kiém nghiệm độ bên tắm chặn 100 3. Tawe cẩn của dối áp lên chảy 101 3. Lực dập vuốt cản thiết 101 3⁄28.

Tĩnh loán, thiết kế hệ thống thuỷ lực để :iập thủy cơ 102 3. Thiết kế khuôn đập thủy cơ 109 3. Sơ đỗ kết gấu máy dập thủy co 11 3. Kết cầu tâm chặn 112 ớ 112 112 3.

Kết cầu cối đập thủy cơ 113 3. Kết cầu hệ thông chặn thủy lực 113 3. Tính toán, thiết kế hệ thông đo Áp suất, ITành trình đập 114 _ 3. Căm biến do ap suất chất long 114 3.

Căm biển đo hành trình chảy 118 3. Bộ xử lý tín hiệu. 118 Chương 4 - Mô hình hóa quá trình dập thũy cơ chỉ tiết võ 121 _ mồng đụng 3 lớp. Vai trò và tu điểm của mồ phảng số trong thiết kế và tôi ưu — 121 công nghệ 4.

Gidi thigu các phương pháp mô phông 12 4.2, Ứng đụng của mnô phông số 125 4. Giới thiệu về phân mêm eta/J2YNAIFORM.