CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Ngoài nước Các quốc gia hàng đầu như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc đã tiên phong trong việc áp dụng những thành tựu công nghệ vào nhiều ngành, đặc biệt là trong sản xuất khuôn mẫu. Họ đã xây dựng các cơ sở sản xuất hiện đại với các dịch vụ như thiết kế và sản xuất khuôn dập nóng, khuôn dập lạnh, khuôn đúc chịu lực và khuôn tự động hóa.
Các công ty này cũng cung cấp dịch vụ nhiệt luyện cho các nhà sản xuất khuôn khác và phát triển các bộ phận tiêu chuẩn như khối khuôn, thanh dẫn hướng, trụ dẫn hướng, cao su ép và bộ phận đế khuôn, tất cả đều tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng và độ chính xác cao. Hơn nữa, họ còn triển khai các phần mềm chuyên biệt như CAE, CAD và CAM để tối ưu hóa quy trình sản xuất, áp dụng máy CNC để cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm, từ đó có thể xuất khẩu ra toàn cầu. ❖ Một số mô hình nghiên cứu của nước ngoài: - Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xiên của bề mặt khuôn đến chất lượng sản phẩm của khuôn dập vuốt sâu [1]: Nghiên cứu trên thực hiên mô phỏng quá trình dập vuốt chi tiết để khảo sát ảnh hưởng từ các góc nghiêng khác nhau của tấm cối so với lực kẹp của tấm chạy, với các góc độ khảo sát lần lượt là 0o , 5o , 10o , 15o. Kết quả thu được lực giữ phôi của tấm chạy giảm từ 3000N xuống 600N khi góc nghiêng của bề mặt cối tăng từ 0 o lên 15o.
Lực giữ phôi là một hằng số khi góc nghiêng lớn hơn hoặc bằng 5o. Với góc nghiêng là 0 o thì độ dày của chi tiết ít biến đổi nhất, tuy nhiên, khả năng dẻo và chất lượng bề mặt của sản phẩm mô phỏng kém và lực kẹp phôi lớn nhất là 3000N. Do đó, góc xiên của bề mặt khuôn 15o là trường hợp phù hợp nhất để sử dụng cho bản vẽ khuôn lận vuốt kim loại tấm. - Sản xuất khuôn mẫu [2]: Bài báo trên đã nêu lên tầm quan trọng và công dụng của khuôn trong việc sản xuất các linh kiện chính xác.
Các công nghệ ngày nay được áp dụng trong việc thiết kế, chế tạo khuôn mẫu. Trong đó có các công nghệ nổi bật như in 3D, phay tốc độ cao, cắt dây EDM, gia công cơ,…Tiêu chuẩn hóa các quy trình trong thiết kế và chế tạo khuôn để giảm thời gian và chi phí. Từ các yếu tố trên ngành thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể đứng vững trên thị trường. - Khảo sát độ dày tấm và lực đột trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn [3]: 1 Trong nghiên cứu này, quy trình thiết kế khuôn lận vuốt của vật liệu kim loại tấm DIN EN 10130 – 1999 dày 0,9 mm được thực hiện bằng phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn.
Các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng mảng trực giao L18 trong thiết kế thí nghiệm Taguchi. Các thông số góc bề mặt khuôn, bán kính góc bo tấm chày, bán kính góc bo tấm cối, áp suất khi dập và điều khiển lực giữ phôi của tấm chạy được sử dụng làm tham số quy trình. Trong các kết quả phân tích thực nghiệm và số học, ảnh hưởng của các thông số quy trình đến lực dập của tấm chạy và kết quả thay đổi độ dày kim loại tấm đã được kiểm tra. Ngoài ra, các mức tham số quy trình tối ưu được xác định bằng cách tính đến tỷ lệ S/N và kết quả phân tích phương sai ANOVA để xác định độ dày thành danh nghĩa của thành tấm kim loại tấm và lực đục lỗ tối thiểu.
Đánh giá chung của nghiên cứu: + Độ mỏng tối đa của giá trị độ dày kim loại tấm là 15% và độ dày tối đa là 10%. + Với việc tăng tham số góc bề mặt khuôn lên tới 12,5 o , độ mỏng của chi tiết cũng tăng lên. Tuy nhiên, với mức tăng sau 12,5 o , độ dày chi tiết tăng lên. + Các góc bề mặt khuôn nằm giữa 12,5 o và 15 o độ dày của chi tiết là một giá trị danh nghĩa.
+ Với sự gia tăng bán kính cối, sự thay đổi độ dày chi tiết là một giá trị danh nghĩa. + Khi giá trị bán kính chày tăng lên tới 8 mm, độ dày chi tiết sẽ đạt đến giá trị danh nghĩa. Tuy nhiên, trong trường hợp bán kính mũi đột vượt quá 8 mm, giá trị danh nghĩa sẽ bị chuyển đi. + Áp suất khi dập đạt gần giá trị danh định ở mức 8 MPa.
+ Mức tối ưu cho tham số lực giữ phôi của tấm chạy là FBH = 5882,78 N. + Lực dập tăng khi góc bề mặt khuôn tăng. + Lực đột giảm cho đến khi bán kính cối tăng đến 8 mm, sau đó tăng lên khi bán kính cối lớn hơn 8. + Khi bán kính chày tăng thì lực dập cũng tăng.
+ Lực dập tăng cho đến khi áp suất đạt 8 MPa, nhưng giảm khi áp suất tăng trên giá trị 8 MPa. - Tỷ lệ kéo giới hạn trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh khuôn [4]: Trong nghiên cứu này, họ đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số trên chày cối đến tỉ lệ kéo giới hạn trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn. Ảnh hưởng của góc, bán kính góc bo của chày cối, lực 2 giữ phôi của tấm chạy và áp suất khuôn lên tỷ lệ kéo giới hạn (β) đã được phân tích bằng thực nghiệm và bằng số. Các kết quả chung rút ra từ nghiên cứu trên là: + Khi góc khuôn tăng lên tới 12,5o , xác định được tỷ lệ kéo giới hạn tăng lên tới β = 2,6 và giảm sau giá trị này.
+ Tỉ lệ kéo giới hạn tăng khi bán kính chày tăng. + Khi bán kính khuôn được tăng lên đến R8 mm, người ta quan sát thấy tỷ lệ kéo giới hạn tăng lên và sau giá trị này, tỷ lệ này giảm xuống. + Thông số áp suất khi dập cho tỷ số vẽ giới hạn tốt nhất ở mức 8 MPa. + Tỉ lệ kéo giới hạn tăng khi lực giữ phôi của tấm chạy tăng lên đến một giá trị nhất định nhưng giảm ở giá trị cao hơn.
Người ta nhận thấy rằng giá trị ảnh hưởng lớn nhất của thông số này lên giới hạn kéo là 5882,72 N. + Theo kết quả phân tích thực nghiệm và số, người ta xác định rằng phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc khuôn được sử dụng trong nghiên cứu này có hiệu quả trên tỷ lệ kéo giới hạn và khi chọn được các thông số tối ưu thì giá trị này có thể tăng lên đến 2,6. - Mô hình FE phi tuyến 3D và tối ưu hóa quy trình hydroforming [5]: Nghiên cứu này đi sâu vào quy trình hydroforming (CDSHF) cho hợp kim nhôm AA5083 cán nguội có độ bền cao, tập trung vào hai câu hỏi nghiên cứu chính. Đầu tiên, họ khám phá việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến 3D (Finite Element) tính để hiểu tác động của nó đến độ chính xác về chiều của các thành phần được tạo hình bằng hydro trong quy trình CDSHF.
Cụ thể, họ đã nghiên cứu cách đánh giá định lượng việc giảm áp suất chất lỏng và tăng thời gian duy trì áp suất chất lỏng cực đại. Thứ hai, họ đi sâu vào việc tối ưu hóa các thông số quy trình-áp suất chất lỏng (FP), lực giữ phôi của tấm chạy (BHF), hệ số ma sát (CoF) và bán kính mặt bích (FR)để đạt được độ chính xác về kích thước trong lòng chi tiết định hình hydro thông qua quy trình CDSHF. Họ có những phát hiện mới chẳng hạn như giảm áp suất chất lỏng tối đa xuống 22 MPa, thực hiện thời gian giữ 30 giây và sử dụng đường dẫn dỡ tải, đã nâng cao chất lượng thành phần. Họ đã chứng minh điều này bằng chi tiết lận vuốt sâu hình vuông 35 mm có bán kính góc 16,1 mm và giảm độ mỏng của vật liệu xuống 5,5%.
Tận dụng mô hình 3D FE phi tuyến tinh vi kết hợp với phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) và các kỹ thuật tối ưu hóa đa mục tiêu, Nghiên cứu đã xác định một cách có hệ thống các cấu hình quy trình tối ưu, tính đến các tương tác tham số. Kết quả của họ nhấn mạnh hiệu quả định lượng của các chiến lược tối ưu hóa này, vì mô hình RSM được tối ưu hóa rất phù hợp với kết 3 quả mô phỏng phần tử hữu hạn (FE), dự đoán tỷ lệ mỏng là 5,27 và bán kính góc là 18,64 mm. Nhìn chung, nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết sâu sắc có giá trị về việc nâng cao độ chính xác về chiều và tối ưu hóa quy trình trong CDSHF, với ý nghĩa sâu rộng trong việc thúc đẩy các công nghệ tạo hình kim loại. - Tối ưu hóa thực nghiệm và số hóa các thông số quy trình dập vuốt sâu cho thiết kế hộp đựng y tế hình vuông bằng phương pháp Taguchi [6]: Nghiên cứu này đã xác định các yếu tố thiết kế của hộp đựng y tế hình vuông và kiểm chứng bằng thực nghiệm quá trình dạp vuốt sâu được mô hình hóa trên phần mềm Abaqus/Explicit phần tử hữu hạn (FE).
Phương pháp thống kê Taguchi được sử dụng để giảm số lượng thí nghiệm. Lực giữ phôi của tấm chạy (BHF), bán kính chày (RP), bán kính cối (RD), hệ số ma sát giữa cối và phôi (µDB), hệ số ma sát giữa chày và phôi (µPB), hệ số ma sát giữa chày và phôi (µHB) ) làm hệ số thay đổi trong khi chọn mức giảm độ dày (TR) và lực dập tối đa (PF) được chọn làm tham số đầu ra. Ảnh hưởng của các yếu tố thay đổi đến các thông số đầu ra được xác định bằng phân tích ANOVA. Kết quả của các cuộc kiểm tra đã xác định rằng TR và PF tăng khi các giá trị BHF, µDB và µHB tăng, trong khi chúng giảm khi RP và RD tăng.
Mặt khác, người ta đã xác định rằng TR giảm và PF tăng khi µPB tăng. Ngoài ra, các góc của tấm được vát với nhiều kích cỡ khác nhau để ngăn ngừa sự hình thành các tai trong hộp đựng. Cuối cùng, kích thước mặt vát thích hợp được xác định bằng cách kiểm tra độ dày của tấm.