Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biến dạng đa điểm trong tạo hình kim loại tấm - Luận án tiến sĩ ngành kỹ thuật cơ khí

• Tác giả: Ma Văn Việt
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Sỹ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu tạo hình kim loại tấm bằng công nghệ biến dạng gia tăng đa điểm (TPIF – Two Point Incremental Forming)
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu
• 1.2. Tổng quan và phân loại ISF
• 1.3. Tổng quan các nghiên cứu trong nước về công nghệ tạo hình ISF
• 1.4. Tổng quan nghiên cứu trên thế giới về công nghệ ISF
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết biến dạng kim loại
• 2.2. Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.1. Tổng quan và phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.2. Xác định các yếu tố đầu vào
• 2.3. Mô phỏng phần tử hữu hạn trong ISF
• 2.3.1. Phương pháp tích phân tường minh (Explicit)
• 2.3.2. Ổn định của tích phân tường minh
• 2.3.3. Phương pháp tích phân ẩn (Implicit)
• 2.3.4. Ổn định của tích phân ẩn
• 3. HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
• 3.1. Thiết bị và đồ gá cho ISF
• 3.1.1. Thiết bị thí nghiệm
• 3.1.2. Dụng cụ tạo hình
• 3.1.3. Thiết kế đồ gá TPIF
• 3.1.4. Chất bôi trơn
• 3.1.5. Hình dạng chi tiết khảo sát
• 3.1.5.1. Đường dẫn dụng cụ
• 3.1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng
• 3.1.5.3. Ma trận thực nghiệm
• 3.1.6. Đo độ sâu tạo hình trong quá trình TPIF
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TPIF
• 4.1. Mô phỏng quá trình tạo hình ISF
• 4.2. Phương pháp phần tử hữu hạn cho quá trình tạo hình ISF
• 4.2.1. Dưỡng tạo hình
• 4.2.2. Dụng cụ tạo hình
• 4.2.3. Điều kiện biên, tạo lưới
• 4.2.4. Thông số vật liệu trong Abaqus
• 4.2.5. Kết quả mô phỏng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 5.1. Vật liệu thực nghiệm
• 5.2. Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ đến khả năng tạo hình
• 5.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng
• 5.2.2. Ma trận thực nghiệm
• 5.2.3. Phân tích kết quả
• 5.2.3.1. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên chất lượng sản phẩm
• 5.2.3.2. Khả năng biến dạng (α)
• 5.2.4. So sánh kết quả dự báo với kết quả thí nghiệm
• 5.2.4.1. Khả năng biến dạng (góc biến dạng)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm

Công nghệ tạo hình kim loại tấm đã trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành kỹ thuật cơ khí. Đặc biệt, công nghệ biến dạng đa điểm (TPIF) đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu do khả năng tạo hình linh hoạt và hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp này cho phép sản xuất các sản phẩm với hình dạng phức tạp mà không cần sử dụng khuôn, từ đó giảm thiểu chi phí sản xuất và thời gian gia công. Theo nghiên cứu, TPIF có thể tạo ra các sản phẩm với độ chính xác hình học cao và chất lượng bề mặt tốt, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp như ô tô, hàng không và y tế.

1.1. Lịch sử phát triển công nghệ ISF

Công nghệ biến dạng gia tăng (ISF) đã được phát triển từ những năm 2000 và nhanh chóng trở thành một phương pháp phổ biến trong ngành chế tạo. ISF cho phép tạo hình các tấm kim loại mà không cần khuôn, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí vật liệu mà còn tăng cường khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong bối cảnh thị trường toàn cầu ngày càng khốc liệt.

II. Nghiên cứu khả năng tạo hình tấm hợp kim nhôm A1050 H14

Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu khả năng tạo hình tấm hợp kim nhôm A1050 H14 bằng công nghệ TPIF. Các tấm hợp kim nhôm được biến dạng để xác định khả năng tạo hình tối đa thông qua góc tường 𝛼 đạt được. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các thông số như bước tiến dụng cụ 𝑧, tốc độ trục chính 𝑛, vận tốc tiến dụng cụ 𝑉 và đường kính dụng cụ 𝐷 có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt sản phẩm. Việc khảo sát này được thực hiện thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm (DOE), cho phép xây dựng ma trận thực nghiệm và phân tích ảnh hưởng của các thông số đến khả năng biến dạng của tấm hợp kim nhôm.

2.1. Phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số công nghệ như tốc độ quay trục chính và bước tiến dụng cụ có thể cải thiện đáng kể khả năng tạo hình của tấm hợp kim nhôm. Cụ thể, khi tăng tốc độ quay trục chính, khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt sản phẩm cũng được cải thiện. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tối ưu hóa các thông số trong quá trình sản xuất để đạt được hiệu quả cao nhất.

III. Mô phỏng và phân tích kết quả

Luận án cũng tiến hành mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) quá trình tạo hình TPIF để dự đoán độ chính xác hình học và các vấn đề liên quan đến phá hủy vật liệu. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng, việc sử dụng FEM có thể giúp dự đoán chính xác các hiện tượng xảy ra trong quá trình tạo hình, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện quy trình sản xuất. Ngoài ra, nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của các chất bôi trơn và phương pháp bôi trơn khác nhau đến khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt sản phẩm.

3.1. Đánh giá chất lượng bề mặt sản phẩm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, việc lựa chọn chất bôi trơn phù hợp có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt của sản phẩm. Các chất bôi trơn khác nhau đã được thử nghiệm và so sánh, từ đó xác định được loại chất bôi trơn tối ưu cho quá trình tạo hình TPIF. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.