Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến khả năng tạo hình vật liệu kim loại tấm khi gia công bằng phương pháp SPIF

• Tác giả: Lê Khánh Điền
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Thanh Nam
• Trường học: Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình của một số vật liệu kim loại tấm khi gia công bằng phương pháp SPIF
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• LỜI CÁM ƠN
• MỤC LỤC
• 0.1. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• 0.2. DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 0.3. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Công nghệ SPIF
• 1.2. Các phương pháp gia công tấm cổ điển
• 1.3. Nhu cầu và sự ra đời của công nghệ SPIF
• 1.4. Cơ sở tạo hình của công nghệ SPIF
• 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến khả năng tạo hình (góc tạo hình α) trong SPIF
• 1.6. Thiết bị tạo hình bằng phương pháp SPIF
• 1.7. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
• 1.7.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.7.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.8. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.8.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.8.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.8.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.9. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục đích và yêu cầu
• 2.2. Quy hoạch thực nghiệm khả năng tạo hình (góc tạo hình α) tấm bằng công nghệ SPIF
• 2.2.1. Các thông số cần khảo sát
• 2.2.2. Lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.3. Vật liệu tấm và mô hình mẫu thực nghiệm
• 2.3. Máy và và hệ thống công nghệ dùng tạo hình thực nghiệm SPIF
• 2.4. Hoạch định thực nghiệm
• 2.4.1. Chọn mức giá trị thực nghiệm của các thông số ảnh hưởng
• 2.4.2. Mã hóa các thông số ảnh hưởng
• 2.4.3. Thực hành tạo hình mẫu
• 2.5. Phân tích phương sai kết quả thực nghiệm & thiết lập phương trình hồi quy
• 2.5.1. Kết quả thực nghiệm và phân tích phương sai (Anova)
• 2.5.2. Phương trình hồi quy khả năng tạo hình (góc tạo hình α)
• 2.5.3. Phương trình hồi quy lượng phục hồi
• 2.5.4. Phương trình hồi quy độ nhám bề mặt tạo hình
• 2.5.5. Phương trình hồi quy thời gian tạo hình
• 2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ
• 3.1. Biến dạng đàn dẻo, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong vùng dẻo
• 3.1.1. Cơ sở lý thuyết tạo hình SPIF
• 3.1.2. Xác định cơ tính trung bình của vật liệu dị hướng trong mô phỏng
• 3.1.3. Các điều kiện biên trong mô phỏng cần phù hợp với thực nghiệm
• 3.1.4. Thống nhất các thông số tạo hình trong mô phỏng và thực nghiệm
• 3.1.5. Mẫu dùng trong mô phỏng
• 3.2. Quy trình khảo sát biến dạng dẻo trong SPIF bằng phần mềm ABAQUS
• 3.2.1. Xác định thông số ban đầu cho mô phỏng số
• 3.2.2. Mô phỏng số, thiết lập biểu đồ xác định khả năng tạo hình (góc tạo hình α)
• 3.3. Phân tích kết quả
• 3.4. So sánh kết quả mô phỏng số và thực nghiệm
• 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ GIA CÔNG TỐI ƯU THEO HÀM MỤC TIÊU VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM TRA CỨU
• 4.1. Mục đích và yêu cầu
• 4.2. Phương pháp tối ưu hóa
• 4.3. Trình tự tối ưu hóa theo hàm mục tiêu
• 4.4. Tối ưu hóa các thông số công nghệ (chế độ gia công) theo hàm mục tiêu
• 4.4.1. Thiết lập chế độ gia công tối ưu theo khả năng biến dạng dẻo
• 4.4.2. Thiết lập chế độ gia công tối ưu theo giá trị phục hồi sau tạo hình
• 4.4.3. Thiết lập chế độ gia công tối ưu theo độ nhám bề mặt sản phẩm
• 4.4.4. Thiết lập chế độ gia công tối ưu theo năng suất tạo hình
• 4.5. Tra cứu chế độ gia công tạo hình SPIF để sử dụng trong thực tế
• 4.5.1. Xây dựng phần mềm tra cứu chế độ gia công tạo hình SPIF
• 4.5.2. Giải thích giao diện
• 4.5.3. Cách sử dụng phần mềm tra cứu chế độ gia công
• 4.6. Xây dựng các công cụ biểu bảng tra cứu chế độ gia công tạo hình SPIF
• 4.6.1. Phương pháp thực hiện biểu bảng tra cứu
• 4.6.2. Các kiểu tra cứu bảng
• 4.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số
• 5.2. Kết quả tối ưu hóa và ứng dụng
• 5.3. Hướng phát triển của đề tài
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Luận án tiến sĩ và mục tiêu nghiên cứu

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến tạo hình vật liệu kim loại tấm bằng phương pháp SPIF (Single Point Incremental Forming). Mục tiêu chính là thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ như lượng tiến dụng cụ, vận tốc chạy dụng cụ, đường kính dụng cụ và số vòng quay trục chính với các thông số mục tiêu như khả năng tạo hình, lượng phục hồi, độ nhám bề mặt và năng suất tạo hình. Công nghệ chế tạo này được áp dụng trên các vật liệu tiêu biểu như nhôm A1050 H14, thép thường SS330 và thép không gỉ SUS304.

1.1. Công nghệ SPIF và nhu cầu nghiên cứu

Công nghệ SPIF ra đời từ những năm 1960 như một giải pháp thay thế cho các phương pháp gia công tấm cổ điển, đặc biệt trong sản xuất đơn chiếc hoặc thử nghiệm. Phương pháp này không yêu cầu khuôn mẫu, giúp giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu công nghệ này nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu của luận án tiến sĩ là xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và khả năng tạo hình của vật liệu. Đối tượng nghiên cứu bao gồm các vật liệu kim loại tấm phổ biến như nhôm, thép thường và thép không gỉ. Kỹ thuật tạo hình SPIF được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các thông số công nghệ.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Luận án tiến sĩ sử dụng phương pháp thực nghiệm và mô hình hóa để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tạo hình vật liệu kim loại tấm. Phần mềm ABAQUS được sử dụng để mô phỏng quá trình tạo hình SPIF, so sánh kết quả mô phỏng với thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác. Quy trình sản xuất được tối ưu hóa thông qua các phương trình hồi quy và phân tích phương sai.

2.1. Thực nghiệm SPIF

Các thí nghiệm SPIF được thực hiện trên máy chuyên dụng để xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và khả năng tạo hình. Kết quả thực nghiệm được phân tích phương sai và thiết lập phương trình hồi quy. Phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ được thực hiện thông qua đạo hàm riêng phần.

2.2. Mô phỏng số và so sánh kết quả

Phần mềm ABAQUS được sử dụng để mô hình hóa quá trình tạo hình SPIF. Kết quả mô phỏng được so sánh với thực nghiệm để đánh giá độ chính xác. Tối ưu hóa quy trình được thực hiện thông qua các phương trình hồi quy và công cụ tra cứu chế độ gia công.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Luận án tiến sĩ đã đạt được các kết quả quan trọng trong việc tối ưu hóa thông số công nghệ cho tạo hình vật liệu kim loại tấm bằng SPIF. Các phương trình hồi quy được thiết lập để dự đoán khả năng tạo hình, lượng phục hồi và độ nhám bề mặt. Công nghệ gia công SPIF được ứng dụng hiệu quả trong thực tế, giúp cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Tối ưu hóa thông số công nghệ

Các thông số công nghệ được tối ưu hóa thông qua các phương trình hồi quy. Tối ưu hóa quy trình giúp lựa chọn các thông số tối ưu để đạt được các giá trị mục tiêu mong muốn. Các công cụ tra cứu chế độ gia công được xây dựng để ứng dụng trong thực tế.

3.2. Ứng dụng thực tế

Công nghệ SPIF được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm kim loại tấm. Đặc tính vật liệu và tính chất cơ học được cải thiện đáng kể nhờ việc tối ưu hóa các thông số công nghệ. Ứng dụng SPIF giúp giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu suất gia công.