Luận văn: Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm tạo hình chi tiết phức tạp

Luận văn nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm, phân tích các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình chi tiết kim loại có biên dạng phức tạp.

• Tác giả: Tạ Thị Hương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đắc Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ Dập Thủy Tĩnh Phôi Tấm Để Tạo Hình Chi Tiết Có Biên Dạng Phức Tạp
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm Giải pháp hiện đại

Dập thủy tĩnh phôi tấm là công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực gia công áp lực, cho phép tạo ra các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Phương pháp này sử dụng chất lỏng cao áp để truyền lực lên phôi, tạo nên những hình dạng đa dạng mà các phương pháp dập truyền thống không thể đạt được. Công nghệ này đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, nơi các chi tiết cần đạt tiêu chuẩn chất lượng cao. Ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh giúp giảm thiểu biến dạng vật liệu, cải thiện hiệu suất sản xuất và kéo dài tuổi thọ khuôn mẫu. Các sản phẩm được tạo hình qua công nghệ này có độ bền cao, tính thẩm mỹ tốt và độ chính xác kích thước đáng kể.

1.1. Đặc điểm của dập thủy tĩnh với phôi tấm

Phôi tấm trong dập thủy tĩnh có những ưu điểm nổi bật so với phôi ống. Công nghệ này cho phép kiểm soát áp lực chất lỏng một cách chính xác, đảm bảo toàn bộ bề mặt phôi được tác dụng lực đều. Trạng thái ứng suất và biến dạng được phân bố hợp lý, giảm rủi ro vỡ hoặc lỗi hình dạng. Độ cong kép của chi tiết có thể được tạo ra một cách linh hoạt, phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghiệp.

1.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp hiện đại

Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất chi tiết ô tô, thiết bị công nghiệp và các sản phẩm tiêu dùng. Tạo hình chi tiết có biên dạng phức tạp trở nên khả thi với chi phí tối ưu. Các nhà sản xuất có thể linh hoạt thay đổi thiết kế khuôn mẫu để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao.

II. Cơ sở lý thuyết và các thông số công nghệ chính

Để thực hiện dập thủy tĩnh phôi tấm hiệu quả, cần hiểu rõ cơ sở lý thuyết về công nghệ dập thủy tĩnh. Trạng thái ứng suất và biến dạng của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như áp lực chất lỏng, bán kính góc lượn cối, và hình dạng khuôn mẫu. Các thông số công nghệ chính bao gồm áp suất tạo hình, lực chặn phôi, và bán kính góc lượn cối. Miền làm việc của các thông số này được xác định dựa trên các phương trình tính toán phức tạp. Giới hạn chảy của vật liệu và khả năng biến dạng tấm là những yếu tố then chốt quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng trong dập thủy tĩnh

Khi áp dụng dập thủy tĩnh, chất lỏng cao áp tác dụng lên toàn bộ bề mặt phôi, tạo ra trạng thái ứng suất phức tạp nhưng được phân bố đều. So với dập vuốt thông thường, dập thủy tĩnh có trạng thái ứng suất ít gây tập trung ứng suất hơn. Điều này cho phép vật liệu chảy một cách mượt mà và có kiểm soát.

2.2. Tính toán lực và áp suất tạo hình

Lực tạo hình được tính dựa trên diện tích tiếp xúc và áp suất chất lỏng. Lực chặn phôi phải đủ lớn để giữ phôi không bị trượt. Áp suất tạo hình thường được xác định thông qua thực nghiệm kéo mẫu theo các hướng khác nhau. Ứng suất chảy của vật liệu là dữ liệu quan trọng trong các phép tính này.

III. Phân tích ảnh hưởng của các tham số hình học đến kết quả tạo hình

Bán kính góc lượn cối là một trong những thông số hình học quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng chi tiết dập. Nghiên cứu bằng mô phỏng số cho thấy khi bán kính góc lượn thay đổi, hình dạng chi tiết và biến dạng vật liệu cũng thay đổi theo. Phân tích ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối giúp xác định vùng làm việc tối ưu cho công nghệ. Các kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác. Phần phôi ép vào thành cối phụ thuộc trực tiếp vào thiết kế hình học của khuôn mẫu.

3.1. Vai trò của bán kính góc lượn trong tạo hình chi tiết

Bán kính góc lượn cối (Re, Ra) quyết định độ mượt mà của đường cong tại góc chi tiết. Nếu bán kính quá nhỏ, vật liệu dễ bị tập trung ứng suất và vỡ. Nếu bán kính quá lớn, chi tiết không đạt hình dạng yêu cầu. Miền làm việc của bán kính góc lượn được xác định dựa trên khả năng biến dạng tấm của vật liệu.

3.2. Mô phỏng số và xác minh thực nghiệm

Phần mềm DYNAFORM được sử dụng để mô phỏng quá trình dập. Mô hình vật liệu được thiết lập dựa trên kết quả thử nghiệm kéo mẫu theo ba hướng. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phụ thuộc giữa bán kính góc lượn cối và lực chặn để chi tiết đạt hình dạng và kích thước yêu cầu.

IV. Kết quả nghiên cứu và hướng phát triển công nghệ

Nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã mang lại những kết quả quan trọng. Thông qua kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã xác định được bảng thông số công nghệ phục vụ cho sản xuất chi tiết cốc trụ đường kính 60mm. Tạo hình chi tiết có biên dạng phức tạp giờ đây có thể được thực hiện một cách chủ động và kiểm soát. Các kết luận từ luận văn này là tài liệu tham khảo quý báu cho những người làm công nghệ dập. Trong tương lai, công nghệ này sẽ tiếp tục được cải tiến để ứng dụng vào những chi tiết phức tạp hơn.

4.1. Những phát hiện chính từ nghiên cứu

Sự phụ thuộc giữa bán kính góc lượn, áp lực và lực chặn đã được xác định rõ ràng. Miền làm việc tối ưu của các thông số được phác định, giúp các nhà sản xuất có thể lựa chọn điều kiện công nghệ phù hợp. Khả năng tạo hình của phôi tấm được chứng minh là vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng phát triển

Những kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng ngay vào sản xuất thực tế trong các xưởng dập của ngành ô tô và công nghiệp nặng. Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm sẽ tiếp tục phát triển với việc ứng dụng các vật liệu mới và các thiết kế khuôn mẫu tiên tiến. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu các chi tiết có độ phức tạp cao hơn với yêu cầu chính xác kích thước khắt khe hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. CHƯNG 2: CƠ SỞ LÝ THLYÉT VỀ CỔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH. Trạng thái ứng suất, biển đạng trong đập thủy tĩnh. Miễn làm việc của các thông sổ công nghệ chính khi DTT chỉ tiết tắm.

Tỉnh loắn kich thước phôi 30 2. Kích thước và hình đắng sân phẩm - 31 2. Giớt hạn chây 133 3.2 Ứng suất chây của vật liệu và khả nắng biến dạng tÂm. Tỉnh lực cắt phôi.

Tỉnh lực tạo hủnh vả lực chặn. Ấp lực tạo Bitten. Lực chăn phôi - -.37 Kết luận chương 2 - 33 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỚNG CỦA BẢN KÍNH GÓC LƯỢN CÓI THỦY TINH BANG MO PHONG 56. Gidi thigu phan mém DYNAFORM 38 Ilinh 2.1 Sơ đổ trạng thái ứng suất, biển dạng dập vuốt thông thường 30 Ilinh 2.

So 4} trang thai ứng suất, biển dạng đập vuốt thủy cơ 30 Ilinh2.3 So để trạng thái úng suất, biển dạng dập vuết thủy tĩnh 31 Hinh 2. Phần phôi ép vào thành (chiều cao h) khi đi qua bán kinh góc lượn cối 31 Hinh 2.5 8ơ đồ trạng thải ứng suất và biến dạng vùng tự do trong cối thủy tĩnh khi có 32 đổi áp bằng chất lỏng, Hình 26 Sơ đồ lực tác dụng lên phôi phẳng khí DTT phan vành phôi 32 1ũnh 3.7 Sơ đổ tỉnh toán đập chỉ tiết có độ cong kép 33 Tinh 2. 8ơ đỗ xác định độ biến đang tiếp tuyển trmg bình và thông số vùng lồm 34 chòm câu Hinh2.9 Miễn làm việc vá quan hệ các thông số tạo hình khi DTT 35 Hinh 3.1 Thông số mẫu thí nghiệm kéo JI5-5 36 Hinh 3.2 Mẫu thí nghiệm kéo theo 3 hướng 37 Hinh 3.3 Thí nghiệm léo mẫn trên máy kéo nén MTS-809 Axial / Torsinal Test 37 5ystem,hệ thống đo lực / biến dang Hình 3. Đổ thị quan hệ ứng suất- biển dang của vật liệu khi kéo theo các hướng 40 40 40 41 42 42 42 4 4 4 44 45 45 45 45 46 46 7 47 mặt của phôi gây biển đạng vật liệu Iũinh dạng của chủ tiết phụ thuộc vào hình đáng, của cối trong trường hợp dập phôi lắm và theo hình dạng của hai nửa khuên trong, trường hợp phôi ống.

Các sản phẩm đập thiy tính rất đa dạng và được sử dung trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt lả ngành công nghiệp ở tô. Trong thời gian qua các nghiên cứu vẻ công nghệ đập thủy tỉnh đã được thực hiện tại trường Dại học Bách Khoa Hà Nội. Dễ Hiếp nổi những nghiên cửu trước trong nệt dung nghiên cứu này tác giả lựa chọn để tài: “Ứng đụng công nghệ dap tirùy tĩnh phải tẩm để tạa hình: chỉ tiết cả biên dạng phức fạp”. Các kết quả nhận được lù nghiên cửu có thể là một tài liệu tham khảo lết cho những nhà nghiên cứu và các nhà làm công nghệ.

Mục đích nghiên cứu của luận văn, dỗi trợng, phạm vì nghiễn cứu Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cửu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của côi thủy tĩnh đến khả năng lao hình chỉ tết. Đổi tượng nghiên cửu: Nghiên cứu tính toán thông số công nghệ đập thủy tĩnh chỉ tiết cốc trụ đường kinh 60mm: áp suất, bản kính góc lượn chỉ tiết, cối, và hực chặn, Pham vì nghiên củu: nghiên cứu các lý thuyết cơ bản từ đó tiển hành mô phông và thực nghiệm kiểm chứng kết quả một trường hợp. 3 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cửu cơ sở lý thuyết của công nghệ đập thủy tính, mô hình vật liên, tiễn hành mô phỏng sỏ, làm thực nghiệm. 4, Tém tat noi dung chink Nội dưng chỉnh của luận văn bao gồm 04 chương sau: Chuang 1: Tang quan và công nghệ đập thủy lĩnh: - Tìm hiểu về công nghệ đập băng chất lỏng cao áp nói chung, dặp thủy tĩnh nói riêng, - Đưa ra được đặc trung của công nghệ đập thity tính với phôi tắm, phôi dng: *) A4ô hình vật liệu - Al *\ Xật số thao tác thục hiện trên máy mô phòng.

Kết quả mô phông 45 Tổng lợp kết quả ta được bảng thông số sự phu thuộc giữa bán kinh góc lượn cối Re, Ra, vả lực chặn Q để chỉ tiết tạo hình đạt hình đáng vả kích Thước yéu cau.51 hận xét: 53 Két Inan - - - 56 CHƯƠNG 4: THỰC NGITIỆM CTIIÉ TẠO CII TIẾT #4 4. Yêu câu và các Ihành phần hệ thống. Cau lao hé théng dap thiy tĩnh 60 4. Khuôn thí nghiệm.

Hệ thống tu thập và xử lý số liệu. Máy ép thủy lựC. Lắp ráp hệ thẳng. Tiên hành thực nghiệm.

- - - 70 Kết luận chương 4 68 Tài liệu tham khảo - - 70 MỠ BẦU 1. Lý do chọn để tài / - Việt Nam đang trong tiến trinh phát triển vả ngày cảng hội nhập sâu rộng vào kinh tế thể giới, nhiều ngảnh công nghiệp đang được đầu tư lớn, trong đó có ngành co khi chế tạo, ngành than, điện lục, xi mãng, sản xuất nguyên liệu giấy, công nghiệp ôtö xe máy. Ngành cơ khí chế lạo là một ngảnh công nghiệp nên tảng, có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội. Dễ thúc đẩy su phat triển của ngành cơ khí, từ nằm 2002, Chỉnh phủ đã ban hành Quyết định 186/2002/QĐ-TTg phê duyệt Chiển lược phát triển ngành cơ khi Việt Nam đến năm.

2010, tam nhìn đến 2020, nhằm tập trung phát triên ngành cơ khí hiện quả, bên vững trên cơ sở phát huy các nguẫn lực trong nuớc, kết hợp với nguồn lục nước. ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia, phân đấu đến năm 2020. ngành cơ khi đáp ứng 45-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí trong nước vả xuất khẩu 30-35% Để đáp ứng được mục tiêu trên, trong ngành công nghiệp 6tö xe máy, việc nâng cao tỷ lệ nội địa hóa đang được đặt lên hàng đầu. Các chỉ tiết kim loại được sản xuất bằng công nghệ dập tạo hình với hình dáng phức tạp, sản xuất tử vật liệu khó gia công, yêu cầu kỹ thuật khắt khe hiện nay chúng †a vấn đang phải nhập công.

nghệ và thiết bạ từ nước ngoài. Để làm chủ công nghệ, nắng cao năng lực sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ nhập khâu, việc nghiên cứm ứng dụng công nghệ liên tiền đề chế tạo các chỉ Gat dang lim vỏ có hình dạng phúc tạp là hết sức cẩn thiết Ngoài công nghệ lạo hình truyển thẳng sử dụng chảy cứng — cối cứng, công nghệ gia công áp lực hiện nay sử đụng các công nghệ mỏi nhằm giảm số lượng các nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm, trảnh được các khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn. Một trong những phương pháp gia công áp lực tiên tiền hiện nay là sử dụng chất lỏng cao áp để tạo hình. Dập bằng chất lỏng áp lực cao có 2 phương pháp chỉnh đó lá : Công nghệ đập thủy tĩnh và đập thủy cơ.

Công nghệ đập thủy lĩnh được nghiên cửu vả ứng dụng sản xuất các chí tiết dạng lâm và ông với đắc điểm sử đụng chất lông cáo áp tốc dụng trực tiếp lên bể 1linh 1.29 Sân phẩm lệch vành khi đập thủy tĩnh do sự chảy khêng én định.30 ITình ảnh thí nghiệm bị biến mỏng, 7 Ilinh 1.31 TiIé céng bé khoa hoc theo kim vựo và theo năm công bỏ 18 Hình 1.32 So dé nguyên lý hệ thẳng thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh 19 tắm Hình 1.33 Quả trình đập thủy fĩnh phôi tắm đơn.34 Các kết câu của đối áp khí đập phổi tâm don.35 Kêt câu cổi có phân di chuyển 20 1linh 1.36 8o sảnh biển mông khi thục nghiệm có cối đi chuyển và không cối đi 20 chuyển Ilinh 1.37 Chu ky tae dang áp suất dạng sóng va đập.38 Sơ đồ kết nỗi các phản tử đo và thu thập đữ liệu đo a Hình 1.39 Cac théng sé anh hưởng đến áp lực chất lỏng cao áp yêu cầu để tạo 21 hình Hinh 1.40 So dé thí nghiệm sự chảy của vật liệu phụ thuộc vào các thông số — 22 công nghệ Hình 1.41 Các dạng hỏng và ảnh hưởng chiều sâu đập vuôt của vật liệu FeP04 22 Tlinh 1.42 Mién tam việc của lực chặn trong đương với áp suái cần thiết lạo — 22 hình Tinh 1.43 Dé thi tra lực chặn cần thiết khi biết áp suất chất lỏng lớn nhất trong 23 lòng cối Hình 1.44 Dường cong chảy của vật liệu 23 Hình 1.45 Dường cong biến dạng khi dập chỉ tiết hinh trụ chiều cao 25 và 30 23 mm Hình 1.46 Đường cong biển dang khi đập chỉ tiết hình hộp tại các điểm trên chỉ 24 tiết Hình 1.47 Quan hệ biến mỏng và ma sát giữa phôi và vành chặn khi thực nghiệm thép 3⁄4 không gỉ Tình 1.48 Đánh giá hệ số ma sảl tdi uu chi tiết đường kính 90mm day 0.5 mm vật ligu 25 AISI 304 Ilinh 1.49 Đường quan hệ lực - biển dạng khi kéo thử mẫu 26 Hình 1.50 Ứng suất vả giới hạn rách sản phẩm khi mô phỏng và thục nghiệm 26 Ilinh 1.51 Đường cong giỏi hạn tạo hinh FLD 26 Hình 1.52 Giá trị biển dạng tới han voi chỉ tiết hình trụ và hình hộp dùng vẽ đường. 26 cong tới hạn Tlinh 1.53 Kết câu bề mặt cối khảo sát mức độ kéo phổi vào trang cối Z7 Tlinh 1.54 Khao sal muc 46 kéo phối vào trang cai 27 1linh 3.34 Sân phẩm chỏm cu vei chiéu cao Ii = 10 mm Tình 3.25 Quan hệ giữa lực chăn với áp suất chảt lông tạo hình khí Xị= 0.26 San phẩm chỏm cầu với chiếu cao T1; = 15 mm Hình 3.27 Quan hệ giữa lực chặn với áp suất chất lỏng tạo hình khi X1= 0.28 Sản phẩm chỏm cầu với chiêu cao H, = 20 mm Hình 3.29 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hinh với chiều cao tương đối khi lục chặn Q~ 49 kN Hình 3.30 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng lạo hình với chiếu cao tương đối khi 50 Tục chặn Q= 53 EN Tlinh 3.31 Quan hé gitra áp suất chất lông tạo hình với chiều cao tương đối khi 51 lục chặn Q= 57 EN Hình 3.32 Quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hinh với chiều cao tương đối khi 31 lực chặn Q= 61 KN Hình 3.33 8o sánh giữa chiều cao tương đối thấp và chiều cao tương đối cao hơn52 Hình 3.34 Sơ đỗ điểm đo biến mỏng trên khi mô phỏng chí tiết chởm cảu 34 Hình 41 Chương trình đọc kết quả thông số áp suất- hành trình 36 Hinh 42 — Máy ép thủy lục 125 Tân 67 Iũnh 43 Inh ảnh và thông số xi lanh đổi áp 67 Hinh 4.4 Lắp nửa khuôn dưới và nứa khuôn trên 68 Iũnh45 Lắp hệthẳng đo hành trình Hình 46 Căn chỉnh khuôn dập thủy tỉnh vật liệu sau khi lắp hoàn chỉnh Hình 47 Mệtsố hiện tượng sai hỏng trong quá trình tạo hình Hình48 Cai đặt thu thập và xử lý tin hiệu thí nghiệm Hinh4.