Tiến Sĩ Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2013


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . i
LỜI CẢM ƠN . ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ . vii
MỞ ĐẦU 1
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài . 2
ii. Phương pháp nghiên cứu 2
iii. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn . 3
iv. Các đóng góp mới của luận án . 3
v. Các nội dung chính trong luận án 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 4
1.1. Những nét cơ bản tạo hình kim loại bằng công nghệ dập thủy tĩnh 4
1.1.1. Ưu điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 6
1.1.2. Nhược điểm của tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 8
1.2. Các phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp. 8
1.2.1. Dập thủy cơ . 8
1.2.2. Dập thủy tĩnh phôi ống 9
1.2.3. Dập thủy tĩnh phôi tấm: . 12
1.3. Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm. . 17
1.3.1. Trên thế giới 17
1.3.2 Trong nước: 27
Kết luận chương 1: . 28
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH 30
2.1 Trạng thái ứng suất,biến dạng trong dập thủy tĩnh 30
2.2 Áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình, lực dập, lực chặn trong dập thủy tĩnh 32
2.2.1 Áp suất chất lỏng cần thiết P0 . 32
2.2.2 Lực dập . 34
2.2.3 Lực chặn . 34
2.2.4 Miền làm việc của thông số công nghệ chính khi dập thủy tĩnh chi tiết tấm . 35
Kết luận chương 2 35
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 36
3.1 Vật liệu và mô hình vật liệu sử dụng dập thủy tĩnh 36
3.1.1 Vật liệu thí nghiệm . 36
3.1.2 Xác định cơ tính của vật liệu thí nghiệm 36
3.2 Mô phỏng số và phần mềm mô phỏng số trong gia công áp lực 37
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới quá trình DTT bằng mô phỏng số . 39
3.3.1 Thiết lập bài toán mô phỏng . 39
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ . 44
3.3.2.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến áp suất chất lỏng tạo hình lòng cối P0 44
3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều cao tương đối X1 đến áp suất chất lỏng cần thiết tạo hình trong lòng cối 50
3.4 Mối quan hệ của độ biến mỏng  với áp suất tạo hình P0, lực chặn Q . 54
Kết luận chương 3 55
iv
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM . 56
4.1 Yêu cầu và các thành phần của hệ thống thiết bị thực nghiệm 56
4.2 Tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh . 57
4.2.1 Hệ thống cấp chất lỏng cao áp 58
4.2.2 Khuôn thí nghiệm . 59
4.2.3 Hệ thống thu thập và xử lý tín hiệu 61
4.2.4 Hệ thống đối áp cho khuôn thí nghiệm 64
4.2.5 Máy ép thủy lực 66
4.2.6 Một vài hình ảnh gia công lắp ráp hệ thống thí nghiệm . 67
4.2.7 Kết quả thử nghiệm và đánh giá độ tin cậy của hệ thống . 69
Kết luận chương 4 71
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ . 72
5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp không có đối áp 72
5.1.1 Ảnh hưởng của lực chặn . 73
5.1.2 Quan hệ của chiều cao tương đối với áp suất cần thiết trong lòng cối . 75
5.1.3 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp không đối áp . 79
5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết chỏm cầu trong trường hợp có đối áp 84
5.2.1 Ảnh hưởng của đối áp . 84
5.2.2 Ảnh hưởng của lực chặn trong trường hợp có đối áp . 86
5.2.3 Quan hệ chiều cao tương đối sản phẩm và áp suất trong lòng cối trong trường hợp có đối áp . 89
5.2.4 Xác định miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết lòng cối P0 phụ thuộc lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp có đối áp . 91
5.3 Khảo sát độ biến mỏng chiều dày sản phẩm trong quá trình dập thủy tĩnh 95
5.3.1 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi không đối áp . 96
5.3.2 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT khi có đối áp 99
Kết luận chương 5 103
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 104
Kết luận chung 104
Những vấn đề cần được nghiên cứu tiếp 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 112
PHỤ LỤC . 113

MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong tiến trình phát triển và ngày càng hội nhập sâu rộng vào kinh tế thế giới, nhiều ngành công nghiệp đang được đầu tư lớn, trong đó có ngành cơ khí chế tạo, ngành than, điện lực, xi măng, sản xuất nguyên liệu giấy, công nghiệp ôtô xe máy . Ngành cơ khí chế tạo là một ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội. Để thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí, từ năm 2002, Chính phủ đã ban hành Quyết định 186/2002/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020, nhằm tập trung phát triển ngành cơ khí hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy các nguồn lực trong nước, kết hợp với nguồn lực nước ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia, phấn đấu đến năm 2020, ngành cơ khí đáp ứng 45-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí trong nước và xuất khẩu 30-35%.
Để đáp ứng được mục tiêu trên, trong ngành công nghiệp ôtô xe máy, việc nâng cao tỷ lệ nội địa hóa đang được đặt lên hàng đầu. Các chi tiết kim loại được sản xuất bằng công nghệ dập tạo hình với hình dáng phức tạp, sản xuất từ vật liệu khó gia công, yêu cầu kỹ thuật khắt khe hiện nay chúng ta vẫn đang phải nhập công nghệ và thiết bị từ nước ngoài. Để làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến để chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ có hình dạng phức tạp là hết sức cần thiết.
Ngoài công nghệ tạo hình truyền thống sử dụng chày cứng – cối cứng, công nghệ gia công áp lực hiện nay sử dụng các công nghệ mới nhằm giảm số lượng các nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm, tránh được các khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn. Một trong những phương pháp gia công áp lực tiên tiến hiện nay là sử dụng chất lỏng cao áp để tạo hình. Dập bằng chất lỏng áp lực cao có 2 phương pháp chính đó là : Công nghệ dập thủy tĩnh và dập thủy cơ.
Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) được nghiên cứu và ứng dụng sản xuất các chi tiết dạng tấm và ống với đặc điểm sử dụng chất lỏng cáo áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của phôi gây biến dạng vật liệu. Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong trường hợp dập phôi tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống.
Trong công trình nghiên cứu này, các quá trình tạo hình, thông số công nghệ khi dập chi tiết dạng tấm có hình dạng phức tạp được khảo sát. Luận án chủ yếu tập trung nghiên cứu quá trình hình thành chi tiết, các thông số ảnh hưởng tới mức độ biến dạng và khả năng biến dạng, sự biến mỏng. Do đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng quá trình hình thành của chi tiết và dự đoán khả năng phá hủy được thảo luận. Cuối cùng, quá trình hình thành và các giá trị thông số công nghệ tối ưu dựa trên mô phỏng số được thực hiện bằng thực nghiệm trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
Kết quả thu được cuối cùng đã được thực hiện khi tạo hình chi tiết có hình dạng chỏm cầu đường kính 50mm vật liệu đồng CDA260. Những ảnh hưởng của các thông số quá trình trong tạo hình chi tiết được điều tra. Với mục đích này, một mô hình thực nghiệm đầu tiên được nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ và trạng thái ứng suất - biến dạng. Dựa trên những kết luận thu được từ kết quả phân tích, luận án này sẽ đề cập nghiên cứu xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của bộ thông số công nghệ hợp lý, phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, khả năng ứng dụng cao nhất vào sản xuất
2
thực tế trong điều kiện của Việt Nam, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu làm việc của chi tiết có hình dạng phức tạp, là rất cấp thiết và có ý nghĩa khoa học.
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
*) Mục đích của đề tài
Công nghệ dập thủy tĩnh (DTT) là một trong các phương pháp gia công áp lực tiên tiến sử dụng chất lỏng cao áp tác dụng trực tiếp vào phôi để tạo hình các chi tiết dạng tấm và ống. Hình dạng của chi tiết phụ thuộc vào hình dáng của cối trong trường hợp dập phôi tấm và theo hình dạng của hai nửa khuôn trong trường hợp phôi ống.
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh” được nghiên cứu trong khuôn khổ dập tạo hình thủy tĩnh chi tiết tấm đơn với mục đích làm chủ công nghệ tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT để chế tạo các chi tiết dạng tấm có dạng chỏm cầu trong công nghiệp sản xuất phụ tùng Ô tô, xe máy phù hợp với điều kiện thiết bị hiện có ở Việt Nam, gồm:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết tấm. Xây dựng miền làm việc và hàm quan hệ của thông số công nghệ chính: lực chặn, chiều cao tương đối của sản phẩm.
- Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến độ chính xác hình học của sản phẩm đáp ứng yêu cầu chế tạo các chi tiết trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy.