Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ khi tạo hình chi tiết dạng côn bằng phương pháp dập thủy cơ

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:141

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu là Nghiên cứu mô phỏng số và thực nghiệm tạo hình chi tiết dạng côn bằng phương pháp dập thủy cơ để thu được sản phẩm có mức độ biến mỏng thành tại vị trí nguy hiểm là nhỏ nhất và chiều cao tương đối của sản phẩm là lớn nhất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ khi tạo hình chi tiết dạng côn bằng phương pháp dập thủy cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ LÊ TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU TỐI ƢU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG CÔN BẰNG PHƢƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ LÊ TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU TỐI ƢU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI TẠO HÌNH CHI TIẾT DẠNG CÔN BẰNG PHƢƠNG PHÁP DẬP THỦY CƠ Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số : 9 52 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS Phạm Văn Nghệ 2. TS Đào Văn Lƣu HÀ NỘI – NĂM 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả LÊ TRỌNG TẤN
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Kỹ thuật quân sự đã cho phép tôi có thể thực hiện Luận án tại Học viện Kỹ thuật quân sự. Tôi xin cảm ơn Phòng Chính trị, Phòng Sau đại học, Khoa Cơ khí và Bộ môn Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân sự đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình làm Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ hƣớng dẫn – PGS.TS Phạm Văn Nghệ, Đại học Bách khoa Hà Nội và TS Đào Văn Lƣu, Học viện Kỹ thuật quân sự, đã tận tình hƣớng dẫn tôi về chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, các đồng nghiệp thuộc Bộ môn Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân sự và Bộ môn Gia công áp lực, Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy giáo PGS. TS Đinh Văn Phong, PGS. TS Nguyễn Trƣờng An, TS Lại Đăng Giang, TS Trần Đức Hoàn đã luôn động viên và góp ý chuyên môn sâu sắc cho tôi trong suốt quá trình làm Luận án. Tôi xin cảm ơn Trung tâm Đo lƣờng, Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp quốc phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thử nghiệm Luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đọc và cho những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh Luận án và định hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai. Tôi xin đƣợc trân trọng cảm ơn ngƣời vợ yêu quý Bùi Thị Diễm Hƣơng đã ủng hộ, động viên và quán xuyến gia đình và cảm ơn hai con trai Lê Chí Bình, Lê Chí Đức đã luôn chăm ngoan để tôi yên tâm học tập; cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Xin trân trọng cảm ơn! Nghiên cứu sinh
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ......................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án................................................................... 2 2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................... 3 3. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .......................................................... 3 6. Các đóng góp mới của luận án ...................................................................... 4 7. Bố cục của luận án ......................................................................................... 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ............................. 5 1.1. Những vấn đề chung về dập thủy cơ .......................................................... 5 1.1.1. Khái niệm ...................................................................................................... 5 1.1.2. Phân loại ........................................................................................................ 6 1.1.3. Ƣu, nhƣợc điểm và ứng dụng ...................................................................... 8 1.2. Quá trình phát triển của công nghệ dập thủy cơ ...................................... 10 1.3. Tình hình nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ .......................................... 11 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................11 1.3.2. Nghiên cứu trong nƣớc ..............................................................................27 1.4. Xác định vấn đề nghiên cứu ..................................................................... 28 1.5. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................... 30 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT DẬP THỦY CƠ CHI TIẾT DẠNG CÔN.32 2.1. Đặc điểm chi tiết dạng côn ....................................................................... 32
iv 2.2. Trạng thái ứng suất – biến dạng khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn ......... 34 2.2.1. Đặc điểm biến dạng khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn. ..........................34 2.2.2. Trạng thái ứng suất – biến dạng khi dập thủy cơ.....................................36 2.3. Xác định các thông số lực và năng lƣợng trong dập thủy cơ ................... 43 2.3.1. Áp suất chất lỏng ........................................................................................43 2.3.2. Áp suất chất lỏng tạo hình .........................................................................44 2.3.3. Áp lực chặn .................................................................................................44 2.4. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................... 46 Chƣơng 3. MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY CƠ ........................ 47 3.1. Nghiên cứu quá trình dập thủy cơ bằng phần mềm eta/DynaForm ......... 48 3.1.1. Chi tiết và vật liệu mô phỏng.....................................................................48 3.1.2. Xây dựng mô hình bài toán mô phỏng .....................................................49 3.2. Các kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng số ............................................. 51 3.2.1. Xác định khoảng làm việc của áp lực chặn và áp suất chất lỏng ...........51 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp lực chặn qc và chiều dày tƣơng đối của phôi s* đến sự phân bố chiều dày thành sản phẩm. ............................................56 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ số áp suất lỏng Kq đến khả năng biến dạng của vật liệu ....................................................................................................65 3.3. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................... 67 Chƣơng 4. THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ........................... 69 4.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu............................................................. 69 4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................69 4.1.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................69 4.2. Thực nghiệm tạo hình .............................................................................. 69 4.2.1. Mô hình thực nghiệm .................................................................................69 4.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm..................................................................70 4.2.3. Vật liệu thực nghiệm ..................................................................................72
v 4.2.4. Xây dựng bài toán thực nghiệm ................................................................73 4.3. Kết quả thực nghiệm ................................................................................ 78 4.4. Phân tích kết quả và bàn luận................................................................... 81 4.4.1. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến mức độ biến mỏng .................................81 4.4.2. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến chiều cao tƣơng đối của sản phẩm .......88 4.4.3. Tối ƣu hóa các thông số khảo sát với mục tiêu khảo sát.........................94 4.5. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................. 100 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................ 102 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 106 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 117
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị 1 Ứng suất hƣớng kính MPa 2 Ứng suất theo hƣớng tiếp tuyến MPa 3 Ứng suất hƣớng trục MPa 4 Giới hạn chảy MPa 5 Giới hạn bền MPa 6 qc Áp lực chặn MPa 7 pbđ Áp suất chất lỏng ban đầu MPa 8 pth Áp suất chất lỏng tạo hình MPa 9 Kq Tỷ số áp suất chất lỏng 10 s* Chiều dày tƣơng đối % 11 h* Chiều cao tƣơng đối 12 ε Mức độ biến mỏng % 13 so Chiều dày ban đầu của phôi mm 14 D Đƣờng kính ban đầu của phôi mm 15 d Đƣờng kính đáy nhỏ của côn mm 16 h Chiều cao côn mm 17 α Góc côn Độ 18 x1 Biến mã hóa của tỷ số áp suất chất lỏng Kq 19 x2 Biến mã hóa của áp lực chặn qc 20 x3 Biến mã hóa của chiều dày tƣơng đối s* 21 Yi Hàm mã hóa của mức độ biến mỏng ε % 22 Zi Hàm mã hóa của chiều cao tƣơng đối h*
vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1 Áp suất chất lỏng ban đầu khi dập thủy cơ..................................... 43 Bảng 2. 2. Áp lực chặn khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn .............................. 45 Bảng 3. 1. Mức độ biến mỏng chiều dày thành (%) khi s* = 0,6%................. 57 Bảng 3. 2. Mức độ biến mỏng chiều dày thành (%) khi s* = 0,8%................. 57 Bảng 3. 3. Mức độ biến mỏng chiều dày thành (%) khi s* = 1,0%................. 58 Bảng 3. 4. Mức độ biến mỏng lớn nhất (%) khi dập đồng Cu99.97 ............... 65 Bảng 3. 5. Mức độ biến mỏng lớn nhất (%) khi dập thép C08s ..................... 65 Bảng 3. 6. Mức độ biến mỏng lớn nhất (%) khi dập 08Cr18Ni10 ................. 65 Bảng 4. 1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy ép thuỷ lực YH – 32 ........ 71 Bảng 4. 2. Thành phần hóa học và cơ tính của Cu99.97 ................................ 72 Bảng 4. 3. Thành phần hóa học và cơ tính của thép C08s .................................. 73 Bảng 4. 4. Thành phần hóa học và cơ tính của 08Cr18Ni10 ............................. 73 Bảng 4. 5. Các mức trong thí nghiệm cơ bản và khoảng biến thiên ............... 76 Bảng 4. 6. Bảng ma trận thực nghiệm............................................................. 77 Bảng 4. 7. Kết quả thực nghiệm...................................................................... 80
viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Sơ đồ nguyên lý của quá trình dập vuốt thủy cơ ............................. 5 Hình 1. 2. Dập thủy cơ từ phôi phẳng (a) và phôi rỗng (b) .............................. 6 Hình 1. 3. Dập thủy cơ từ phôi phẳng (a) và phôi rỗng (b) .............................. 7 Hình 1. 4. Phân loại dập thủy cơ theo đặc điểm nguyên công .......................... 7 Hình 1. 5. Phân loại dập thủy cơ theo đặc điểm điều chỉnh áp lực ................... 7 Hình 1. 6. Hệ số dập thủy cơ của một số dạng chi tiết khác nhau .................... 8 Hình 1. 7. Dập thủy lực ................................................................................... 12 Hình 1. 8. Dập thủy cơ (Hydromechanical) .................................................... 12 Hình 1. 9. Dập thủy cơ có bôi trơn thủy động ................................................ 13 Hình 1. 10. Dập vuốt có đẩy vành................................................................... 14 Hình 1. 11. Dập vuốt có vành chặn nhám ....................................................... 14 Hình 1. 12. Dập vuốt có gờ chặn và zoăng bịt kín .......................................... 15 Hình 1. 13. Trạng thái ứng suất – biến dạng ................................................... 16 Hình 1. 14. Các giai đoạn biến dạng của phôi ................................................ 16 Hình 1. 15. Đƣờng cong áp lực tối ƣu khi dập vuốt thủy cơ chi tiết côn ....... 17 Hình 1. 16. Phồng dƣơng (a) và phồng âm (b) ............................................... 18 Hình 1. 17. Sự thay đổi chiều dày vật liệu khi thay đổi chiều cao phồng ...... 19 Hình 1. 18. Mô hình sử dụng áp suất ban đầu khi dập thủy cơ ...................... 20 Hình 1. 19. Ảnh hƣởng của lực chặn khi dập thủy cơ .................................... 21 Hình 1. 20. Ảnh hƣởng của chiều dày phôi đến sự thay đổi chiều dày thành.... 22 Hình 1. 21. Dập có gân vuốt nông .................................................................. 23 Hình 1. 22. Ảnh hƣởng của gân vuốt nông đến mức độ biến dạng ................ 24 Hình 1. 23. Dập thủy cơ có nung nóng cục bộ................................................ 24 Hình 1. 24. Nghiên cứu tạo hình chi tiết trụ bậc, chi tiết có đáy lõm ............. 25 Hình 1. 25. Mô phỏng tối ƣu dập thủy cơ chi tiết dạng chỏm cầu ................. 26 Hình 1. 26. Ảnh hƣởng của chiều dày phôi đến mức độ biến mỏng ................. 27
ix Hình 2. 1. Sơ đồ dập vuốt chi tiết côn theo phƣơng pháp truyền thống ......... 33 Hình 2. 2. Các phƣơng pháp dập chi tiết côn cao ........................................... 34 Hình 2. 3. Đặc điểm biến dạng phôi khi dập thủy cơ ..................................... 35 Hình 2. 4. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng của phôi khi dập thủy cơ ...... 36 Hình 2. 5. Ba vùng phân tích chi tiết dạng côn ............................................... 37 Hình 2. 6. Sơ đồ trạng thái ứng suất tại ổ biến dạng trên vành ....................... 37 Hình 2. 7. Sơ đồ trạng thái ứng suất phôi ở ổ biến dạng đối với chi tiết hình côn trong dập vuốt thủy cơ .............................................................................. 41 Hình 3. 1. Chi tiết nghiên cứu ........................................................................... 48 Hình 3. 2. Mô hình mô phỏng ......................................................................... 49 Hình 3. 3. Đƣờng cong thử kéo Cu99.97 ........................................................ 50 Hình 3. 4. Đƣờng cong thử kéo C08s ............................................................. 50 Hình 3. 5. Đƣờng cong thử kéo 08Cr18Ni10.................................................. 51 Hình 3. 6. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến quá trình biến dạng khi s* = 0,6%.. 52 Hình 3. 7. Sơ đồ điều khiển áp lực trong quá trình tạo hình ........................... 54 Hình 3. 8. Sự phân bố chiều dày sản phẩm khi dập đồng với s* = 0,6% ........ 55 Hình 3. 9. Vị trí đo mức độ biến mỏng chiều dày thành sản phẩm ................ 56 Hình 3. 10. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi s * = 0,6% .................................................................................................. 58 Hình 3. 11. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi s * = 0,8% .................................................................................................. 59 Hình 3. 12. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi s * = 1,0% .................................................................................................. 59 Hình 3. 13. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 ......................................................................................................................... 60
x Hình 3. 14. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng khi dập C08s60 Hình 3. 15. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 ..................................................................................................... 61 Hình 3. 16. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng tại vị trí nguy hiểm khi s * = 0,6% ............................................................................... 61 Hình 3. 17. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng tại vị trí nguy hiểm khi s * = 0,8% ............................................................................... 62 Hình 3. 18. Ảnh hƣởng của áp lực chặn đến mức độ biến mỏng tại vị trí nguy hiểm khi s * = 1,0% ............................................................................... 62 Hình 3. 19. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi dập Cu99.97 tại qc = 4,5 MPa ................................................................. 63 Hình 3. 20. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi dập C08s tại qc = 6,5 MPa ....................................................................... 63 Hình 3. 21. Đồ thị sự phân bố chiều dày thành sản phẩm theo đƣờng sinh khi dập 08Cr18Ni10 tại qc = 17 MPa ............................................................ 64 Hình 3. 22. Ảnh hƣởng của chiều dày tƣơng đối của phôi đến mức độ biến mỏng thành sản phẩm .................................................................................... 64 Hình 3. 23. Quan hệ giữa Kq và mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 ........... 66 Hình 3. 24. Quan hệ giữa Kq và mức độ biến mỏng khi dập thép C08s ......... 66 Hình 3. 25. Quan hệ giữa Kq và mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 ..... 67 Hình 4. 1. Mô hình thực nghiệm ..................................................................... 70 Hình 4. 2. Bộ khuôn thí nghiệm ...................................................................... 70 Hình 4. 3. Thiết bị thực nghiệm ...................................................................... 71 Hình 4. 4. Dụng cụ dập thủy cơ ...................................................................... 72 Hình 4. 5. Các vị trí đo yếu tố đầu ra .............................................................. 75 Hình 4. 6. Phôi thí nghiệm .............................................................................. 77
xi Hình 4. 7. Đặt và hiển thị sự thay đổi của các thông số đo............................. 78 Hình 4. 8. Một số sản phẩm khi dập C08s ...................................................... 79 Hình 4. 9. Một số sản phẩm khi dập 08Cr18Ni10 .......................................... 79 Hình 4. 10. Một số sản phẩm khi dập Cu99.97............................................... 79 Hình 4. 11. Sản phẩm sau cắt bổ và đo chiều dày bằng Corel12 .................... 79 Hình 4. 12. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 có chiều dày tƣơng đối khác nhau ........ 82 Hình 4. 13. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với chiều dày tƣơng đối khác nhau ............ 83 Hình 4. 14. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 với chiều dày tƣơng đối khác nhau .... 83 Hình 4. 15. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x 1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 với áp lực chặn khác nhau ...... 84 Hình 4. 16. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x 1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với áp lực chặn khác nhau ............ 85 Hình 4. 17. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x 1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 với áp lực chặn khác nhau 85 Hình 4. 18. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập Cu99.97 với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau .. 86 Hình 4. 19. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập C08s với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau ........ 87 Hình 4. 20. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến mức độ biến mỏng khi dập 08Cr18Ni10 với tỷ số áp suất chất lỏng khác nhau ........ 87 Hình 4. 21. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với chiều dày tƣơng đối khác nhau ..... 89 Hình 4. 22. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập C08s với chiều dày tƣơng đối khác nhau .......... 90
xii Hình 4. 23. Quan hệ giữa tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và áp lực chặn (x2) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với chiều dày tƣơng đối khác nhau.............. 90 Hình 4. 24. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x 1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với áp lực chặn khác nhau .... 91 Hình 4. 25. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x 1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập thép C08s với áp lực chặn khác nhau .. 92 Hình 4. 26. Ảnh hƣởng của tỷ số áp suất chất lỏng (x1) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với áp lực chặn khác nhau .. 92 Hình 4. 27. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập Cu99.97 với áp suất chất lỏng khác nhau.......... 93 Hình 4. 28. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập thép C08s với áp suất chất lỏng khác nhau ....... 93 Hình 4. 29. Ảnh hƣởng của áp lực chặn (x2) và chiều dày tƣơng đối (x3) đến chiều cao tƣơng đối khi dập 08Cr18Ni10 với áp chất lỏng khác nhau ........... 94 Hình 4. 30. Khảo sát bài toán tối ƣu khi dập Cu99.97 .................................... 95 Hình 4. 31. Khảo sát bài toán tối ƣu khi dập thép C08s ................................. 95 Hình 4. 32. Khảo sát bài toán tối ƣu khi dập 08Cr18Ni10 ............................. 96 Hình 4. 33. Sự phân bố chiều dày thành khi dập Cu99.97 ở chế độ tối ƣu .... 96 Hình 4. 34. Sự phân bố chiều dày thành khi dập thép C08s ........................... 97 Hình 4. 35. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm khi dập 08Cr18Ni10 ....... 97 Hình 4. 36. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm khi dập các vật liệu khác nhau với cùng một mức độ biến dạng ............................................................. 98 Hình 4. 37. Sản phẩm dập thủy cơ có hình dạng phức tạp ............................. 98
1 MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung, lĩnh vực tạo hình kim loại tấm cũng có nhiều tiến bộ mang tính đột phá. Ngoài phƣơng pháp tạo hình truyền thống, việc đƣa các phƣơng pháp tạo hình mới tiên tiến ứng dụng vào sản xuất là một xu hƣớng chung đã và đang đƣợc triển khai một cách mạnh mẽ. Tạo hình kim loại nhờ chất lỏng áp suất cao (Hydroforming) là một trong những công nghệ tạo hình tiên tiến, là hƣớng nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả. Đặc điểm của phƣơng pháp này là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao làm môi trƣờng gây biến dạng. Cơ sở chung của phƣơng pháp là dựa trên đặc điểm: Tính dẻo không chỉ là thuộc tính mà còn là trạng thái của vật liệu, tính dẻo ấy đƣợc nâng cao khi đặt vật liệu trong sơ đồ trạng thái ứng suất nén thủy tĩnh [89]. Bản chất của phƣơng pháp này là sử dụng chất lỏng áp suất cao kết hợp với các điều kiện khác tạo cho vật liệu trong ổ biến dạng một trạng thái ứng suất nén thủy tĩnh làm tăng mức độ biến dạng khi tạo hình chi tiết. Dập thủy cơ là phƣơng pháp có những ƣu điểm vƣợt trội trong các phƣơng pháp gia công thủy tĩnh. Trên thế giới, dập thủy cơ đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất ôtô, hàng không, đóng tàu, trang bị quân sự để chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp khác nhau nhƣ: hình côn, parabol, cầu, hình hộp, vỏ mỏng, không đối xứng; các chi tiết đòi hỏi mức độ biến dạng lớn và cơ tính đồng đều; các chi tiết làm từ vật liệu khó biến dạng. Ở Việt Nam trong thời gian gần đây, công nghệ dập tạo hình bằng môi trƣờng chất lỏng nói chung và công nghệ dập thủy cơ nói riêng tuy đã đƣợc quan tâm nhƣng mới ở giai đoạn bắt đầu tìm hiểu về công nghệ. Việc nghiên cứu cũng mới đƣợc đề cập đến trong một số đề tài nghiên cứu, luận văn, luận
2 án. Trong các nghiên cứu đã thực hiện chỉ ra rằng khó khăn lớn nhất trong công nghệ dập bằng chất lỏng áp suất cao là việc kiểm soát các thông số công nghệ. Chính vì vậy mà để áp dụng đƣợc công nghệ này vào thực tiễn sản xuất tại nƣớc ta thì cần phải có thêm nhiều nghiên cứu, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng cũng nhƣ quy luật tác động của chúng đến chất lƣợng sản phẩm. Mặt khác, các sản phẩm đƣợc tạo hình rất đa dạng về hình dáng kết cấu, đặc biệt là các chi tiết vũ khí đạn, xe quân sự... Trong các công trình đã nghiên cứu mới chủ yếu xem xét đến hình dạng đặc trƣng là trụ, còn các hình dạng mang tính phức tạp nhƣ: hình cầu, hình côn, parapol…lại chƣa đƣợc đề cập đến. Với các lý do nêu trên, đề tài Nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ khi tạo hình chi tiết dạng côn bằng phương pháp dập thủy cơ đƣợc lựa chọn nhằm đóng góp một phần vào việc làm chủ công nghệ này, tạo cơ sở quan trọng để ứng dụng công nghệ đặc biệt này vào thực tế sản xuất. 1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu mô phỏng số và thực nghiệm tạo hình chi tiết dạng côn bằng phƣơng pháp dập thủy cơ để thu đƣợc sản phẩm có mức độ biến mỏng thành tại vị trí nguy hiểm là nhỏ nhất và chiều cao tƣơng đối của sản phẩm là lớn nhất. - Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ cơ bản: Áp suất chất lỏng, áp lực chặn và chiều dày tƣơng đối của phôi đến mức độ biến mỏng của chiều dày thành và chiều cao tƣơng đối của sản phẩm khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn từ các vật liệu khác nhau. + Tối ƣu hóa các tham số quá trình bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm.
3 2. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là các yếu tố cơ bản của quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng côn nhƣ: Áp suất chất lỏng, áp lực chặn, chiều dày tƣơng đối của phôi; nghiên cứu mối quan hệ của chúng đến khả năng tạo hình và chất lƣợng sản phẩm dập. 3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu bài toán dập thủy cơ cho chi tiết dạng côn; - Vật liệu nghiên cứu là Cu99.97, C08s và 08Cr18Ni10. - Giới hạn nghiên cứu của các yếu tố phù hợp với điều kiện trang thiết bị của phòng Thí nghiệm Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân sự. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng. - Công cụ nghiên cứu: + Máy ép thủy lực YH-32, bộ Stand dập thủy cơ và các thiết bị thu thập xử lý số liệu tại phòng Thí nghiệm Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân sự. + Phần mềm tính toán MathCAD (hoặc Matlab) và mô phỏng biến dạng eta/DynaForm. + Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định ảnh hƣởng các tham số đến chất lƣợng sản phẩm. + Phần mềm xử lý số liệu Modde 5 để giải quyết bài toán tối ƣu khi dập. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn * Ý nghĩa khoa học Đề tài luận án xác định miền làm việc của các thông số công nghệ và phân tích ảnh hƣởng của chúng tới quá trình tạo hình, tới chất lƣợng sản phẩm góp phần hoàn thiện việc nghiên cứu về công nghệ dập thủy cơ nói chung, dập thủy cơ chi tiết côn nói riêng.
4 * Ý nghĩa thực tiễn + Trang thiết bị đề tài xây dựng có thể hữu ích cho các nghiên cứu khác nhau về dập thủy cơ. + Các kết quả thu đƣợc có thể giúp cho các cơ sở dập thủy cơ lựa chọn đƣợc các thông số công nghệ phù hợp để triển khai sản xuất. 6. Các đóng góp mới của luận án - Là luận án đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu về ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ tới quá trình tạo hình chi tiết dạng côn cao bằng công nghệ dập thủy cơ. - Đã thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa 3 thông số công nghệ bao gồm: Áp suất chất lỏng, áp lực chặn và chiều dày tƣơng đối tới sự biến mỏng vật liệu và chiều cao tƣơng đối khi dập thủy cơ chi tiết hình côn từ 3 loại vật liệu khác nhau. - Đã xác định đƣợc chế độ công nghệ tối ƣu khi dập thủy cơ hình côn với chiều cao tƣơng đối lớn nhất và mức độ biến mỏng ít nhất tại tiết diện nguy hiểm. 7. Bố cục của luận án Bố cục của luận án bao gồm các phần chính sau: Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ dập thủy cơ Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết dập thủy cơ chi tiết dạng côn Chƣơng 3: Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng côn Chƣơng 4: Thực nghiệm dập thủy cơ chi tiết dạng côn Kết luận chung và hƣớng phát triển của đề tài Tài liệu tham khảo Phụ lục luận án.
5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ 1.1. Những vấn đề chung về dập thủy cơ 1.1.1. Khái niệm Dập thủy cơ là phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực trong đó vật liệu bị biến dạng bởi sự kết hợp áp suất thủy tĩnh cao của chất lỏng và chuyển động của phần cứng của dụng cụ [84]. Mô hình cơ bản nhất của phƣơng pháp này là sử dụng chày cứng, cối chất lỏng; trong đó chày là phần mang hình dạng của chi tiết còn cối là chất lỏng áp suất cao có tác dụng ép phôi theo biên dạng chày tạo ra chi tiết. Trong công nghệ gia công áp lực nói chung và gia công thủy tĩnh nói riêng thì phƣơng pháp dập thủy cơ chiếm vị trí quan trọng và ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt trong công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và quốc phòng [85]. Sơ đồ nguyên lý cơ bản của quá trình dập vuốt thủy cơ từ phôi phẳng đƣợc thể hiện trên hình 1.1 [85]. Hình 1. 1. Sơ đồ nguyên lý của quá trình dập vuốt thủy cơ 1. Chày, 2. Chặn phôi, 3. Phôi, 4. Cối, 5. Vòng bịt kín, 6. Buồng áp, 7. Van điểu khiển, 8. Van điều khiển điện từ, 9. Bình tích áp.
6 Quá trình dập thủy cơ có nhiều điểm tƣơng đồng với quá trình dập thông thƣờng. Theo [89], đặc điểm khác biệt mang tính bản chất của phƣơng pháp này so với phƣơng pháp thông thƣờng là nó diễn ra trong điều kiện phôi chịu tác dụng của áp suất thủy tĩnh cao, đồng thời bán kính lƣợn ở phần chuyển tiếp giữa phần trụ và phần vành phôi giảm dần. Điều này cho phép làm giảm đáng kể hệ số vuốt và nhờ vậy có khả năng tạo hình các chi tiết có bán kính lƣợn nhỏ, chiều cao lớn mà chỉ cần qua một bƣớc nguyên công. * Nguyên lý tạo hình: Phôi ban đầu 3 đƣợc đặt trên bề mặt trên của cối 4 và đƣợc ép bởi cơ cấu chặn phôi 2. Chất lỏng với áp suất nhất định đƣợc cấp vào buồng áp 6. Tiếp theo, chày 1 đi xuống làm áp suất chất lỏng trong buồng áp 6 tăng dần ép chặt phôi vào chày để tạo hình sản phẩm. 1.1.2. Phân loại Dập vuốt thuỷ cơ có thể đƣợc phân loại theo các dấu hiệu sau: - Theo phương pháp thoát chất lỏng: Dập vuốt có chất lỏng công tác thoát qua cơ cấu tiết lƣu (hình 1.2a), dập vuốt có chất lỏng thoát qua khe hở vuốt (hình 1.2b, c) [85]. a) c) Hình 1. 2. Dập thủy cơ từ phôi phẳng (a) và phôi rỗng (b) - Theo dạng phôi: Dập vuốt thuỷ cơ từ phôi phẳng (hình 1.3a), dập vuốt thuỷ cơ từ phôi rỗng (hình 1.3b) [85].