zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Nghiên cứu quá trình biến dạng tự do của vật liệu DC04 trong công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu quá trình biến dạng tự do của vật liệu DC04 trong công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất chất lỏng đến sự phân bố biến dạng trong quá trình biến dạng tự do cho vật liệu DC04 khi dập thủy tĩnh phôi tấm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu quá trình biến dạng tự do của vật liệu DC04 trong công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu quá trình biến dạng tự do của vật liệu DC04 trong công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm Research on the bulging stage in the hydrostatic forming for sheet of cacbon steel DC04 Nguyễn Thị Thu1, Trần Hải Đăng2*, Mạc Thị Nguyên2 *Email: dangctts@gmail.com Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 1 2 Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 19/4/2022 Ngày nhận bài báo sửa sau phản biện: 25/10/2022 Ngày chấp nhận đăng: 03/01/2023 Tóm tắt Dập thủy tĩnh là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng có áp suất cao (dầu, nước) có chức năng như chày dập tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tấm hoặc phôi ống làm biến dạng phôi theo biên dạng của lòng cối để tạo hình chi tiết. Với đặc tính của chất lỏng, công nghệ này phù hợp để tạo hình các chi tiết có biên dạng phức tạp như vỏ xe ô tô, bình xăng xe máy,…. Tuy nhiên, chiều sâu của các chi tiết tạo hình bằng phương pháp này lại bị hạn chế bởi ở giai đoạn biến dạng biến dạng tự do, tại đó kim loại bị biến mỏng mãnh liệt. Do vậy, việc kiểm soát sự biến mỏng trong giai đoạn này là cần thiết để đảm bảo vật liệu có thể biến dạng trong các giai đoạn sau. Vì vậy, bài báo này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất chất lỏng đến sự phân bố biến dạng trong quá trình biến dạng tự do cho vật liệu DC04 khi dập thủy tĩnh phôi tấm. Từ khóa: Dập thủy tĩnh; áp suất chất lỏng; phân bố chiều dày. Abstract Hydrostatic forming is a technology that uses a flow of high-pressure liquid to apply into the surface of the sheet or tube metal. In this technology, the product is shaped according to the profile of the die. With the characteristics of liquid, this technology is suitable for shaping details with complex profiles such as shell of car, fuel tanks, etc. However, the depth of the details formed by this method is limited by the free bulging stage because the metal is strongly thinned. Therefore, control of thinning in this stage is necessary to ensure that the material can continuously deform in later stages. In this paper, the effect of fluid pressure on the thinning of product during the bulging phase for sheet of DC04 material is studied. Keywords: Hydrostatic forming; high liquid pressure; thinning distribution. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, công nghệ dập tạo hình thủy tĩnh (DTT) có tốc độ phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp chế tạo các chi tiết vỏ mỏng, đặc biệt là trong công nghiệp ô tô. Đây là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng công tác có áp suất cao (dầu, nước) có chức năng như chày dập tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tấm hoặc phôi ống làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng cối để tạo hình chi tiết (chày chất lỏng - cối cứng) [1-2]. Hình 1. Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm a) Giai đoạn đóng khuôn, b) Giai đoạn tạo hình tự do, c) Giai đoạn tạo hình tự do phôi bắt đầu kéo vào trong lòng cối, d) Giai đoạn điền đầy lòng cối. Nguyên lý quá trình DTT phôi tấm đơn được thể hiện Người phản biện: 1. PGS. TS. Hà Minh Hùng trên Hình 1. Quá trình DTT phôi tấm đơn gồm các giai 2. TS. Vũ Hoa Kỳ đoạn như sau: Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 37
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - Giai đoạn đóng khuôn: Lực đóng khuôn được tạo ra 2. THIẾT LẬP BÀI TOÁN từ máy ép có tác dụng chống nhăn phần vành phôi Đối tượng được lựa chọn trong nghiên cứu này là chi và làm kín tránh rò rỉ chất lỏng trong quá trình DTT tiết cốc trụ. Biên dạng cốc trụ được tạo hình theo biên (Hình 1a). dạng của cối được biểu diễn ở Hình 2. - Giai đoạn tạo hình tự do: Sau khi đóng khuôn, chất lỏng cao áp sẽ được bơm vào lòng cối, áp suất thủy tĩnh tác dụng đều lên toàn bộ bề mặt phôi, phôi sẽ biến dạng tự do trong lòng cối đến khi chạm đáy cối (Hình 1b, Hình 1c). - Giai đoạn điền đầy lòng cối: Chất lỏng tiếp tục được tăng áp suất, đến một giá trị áp suất đủ lớn phôi sẽ biến Hình 2. Sản phẩm được lựa chọn dạng dẻo điền đầy theo biên dạng của lòng cối, đặc biệt là các vị trí lồi lõm trong cối (Hình 1d). Mô phỏng số với nhiều ưu điểm vượt trội trong phân tích và dự đoán quá trình biến dạng đã được lựa chọn Đặc điểm của công nghệ này là phôi bị biến mỏng là phương pháp nghiên cứu ở bài báo này. Phần mềm mãnh liệt, đặc biệt trong giai đoạn tạo hình tự do. Giai Abaqus được sử dụng trong nghiên cứu này bởi tính đoạn này phôi bị phồng lên dạng chỏm cầu do chất tiện ích và kết quả chính xác cao. lỏng cao áp tác dụng vào. Phần đỉnh của chỏm cầu bị Vật liệu sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm là thép biến mỏng nhiều nhất và giảm dần về phía vành phôi. DC04. Đây là vật liệu chuyên dùng trong dập tấm và Do vậy, sản phẩm phù hợp trong công nghệ này chủ được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp ôtô. yếu là các sản phẩm phức tạp, nhưng chiều sâu không Đường đặc tính ứng suất - biến dạng của vật liệu được quá lớn. cho trong Hình 3. Một trong các yếu tố tác động trực tiếp và có ảnh hưởng nhiều nhất đến sự biến mỏng của phôi là chất lỏng cao áp. Chất lỏng tác dụng trực tiếp lên phôi, làm phôi bị phồng lên và gây biến mỏng mãnh liệt trên sản phẩm trong giai đoạn biến dạng tự do. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến yếu tố này [3-6]. Công nghệ dập thủy tĩnh chi tiết cốc vuông cho phôi tấm AA5083 đã được Fitsum và cộng sự nghiên cứu [7]. Các tác giả đã chứng minh rằng có thể nâng cao khả năng tạo hình của các tấm hợp kim nhôm bằng Hình 3. Đường cong ứng suất - biến dạng của công nghệ này do độ mỏng thấp hơn và sự phân bố vật liệu DC04 biến dạng đồng đều hơn so với công nghệ truyền Vật liệu luôn là yếu tố đầu vào hết sức quan trọng và thống. Sử dụng áp suất định hình để kiểm tra tính chất quyết định tính chính xác cũng như độ tin cậy của một biến dạng của một số kim loại tấm đẳng hướng bằng quá trình công nghệ. Trong MPS cần đưa vào đường thử nghiệm độ phồng cũng đã được nghiên cứu bởi cong chảy và các thông số cơ học của vật liệu. Valentin Gagov và cộng sự [8]. Nghiên cứu đã trình Phôi tấm được cán nguội, sau đó được ủ để đồng bày một số kết quả sơ bộ về khả năng ứng dụng của đều lại ứng suất. Giả thiết rằng vật liệu đẳng hướng. phương pháp này để đánh giá đường cong biến dạng Do vậy, khi thực hiện thí nghiệm thử cơ tính đối với và ước tính cường độ khi chịu tải thủy tĩnh hoặc thủy vật liệu DC04, xác định được đường cong ứng suất và động lực học. biến dạng của vật liệu như trên Hình 3. Trong nước hiện nay công nghệ dập thủy tĩnh cũng Mô hình hình học được thiết lập trong phần mềm được được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, chủ yếu cho tạo thể hiện ở Hình 4. hình chi tiết dạng cầu, côn, bất đối xứng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này tập trung nhiều vào đánh giá tác động của các thông số như áp suất, lực chặn, hình dạng phôi, hình dạng khuôn đến khả năng tạo hình của một sản phẩm cho trước. Việc đánh giá tác động của từng yếu tố công nghệ trong từng giai đoạn của quá trình tạo hình còn chưa được xem xét một cách cụ thể. Do vậy, trong bài báo này, nhóm tác giả ứng dụng mô phỏng số để nghiên cứu quá trình biến dạng tự do, tức là giai đoạn đầu của quá trình dập thủy tĩnh. Hình 4. Mô hình hình học 38 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Điều kiện ban đầu: Phôi DC04 có chiều dày 1.0mm, đường kính 110mm, lực chặn 100kN, hệ số ma sát giữa phôi và cối, chặn và phôi là 0.1. Chi tiết cối và chi tiết chặn được mô hình hóa là các chi tiết cứng tuyệt đối (rigid part). Vật liệu DC04 được mô hình hóa là chi tiết có thể biến dạng được (Deformable part). Điều kiện chuyển vị: + Cối đứng yên. + Phôi bị kéo vào lòng cối dưới tác dụng của áp suất chất lỏng. Hình 6. Mối quan hệ giữa áp suất và chiều sâu + Chặn có thể tịnh tiến theo phương vuông góc với mặt của quá trình phồng tự do với phôi DC04 phẳng phôi. Hình 6 cho thấy áp suất tạo hình tăng lên thì chiều sâu 3. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH PHỒNG TỰ DO VỚI PHÔI của phôi càng tăng. Tại p = 1MPa thì chiều sâu tạo DC04 hình h là 0.592mm, phôi biến mỏng nhiều nhất ở phần đỉnh đạt 0.999mm. Khi tăng dần áp suất lên thì chiều Tiến hành khảo sát quá trình biến dạng tự do của vật sâu h tăng lên được thể hiện ở Bảng 1, sản phẩm có liệu DC04 bằng phần mềm Abaqus, thu được hình ảnh dạng hình chỏm cầu (Hình 7) và phần đỉnh của chỏm hiển thị như Hình 5. cầu vẫn là phần biến mỏng nhiều nhất. Khi áp suất tạo hình lớn hơn 21.6 MPa, sản phẩm dần dần hình thành vết rách ở phần đỉnh chỏm cầu (Hình 8). Hình 5. Quá trình biến dạng tự do của vật liệu DC04 Bảng 1 thể hiện kết quả mô phỏng quá trình biến dạng tự do với phôi DC04. Biên dạng sản phẩm được tạo thành có dạng hình chỏm cầu. Khi tăng áp suất, phần đỉnh sản phẩm càng bị biến mỏng và chiều sâu càng Hình 7. Độ biến mỏng của quá trình biến dạng tự do tăng lên. với phôi DC04 Bảng 1. Kết quả mô phỏng quá trình biến dạng tự do với phôi DC04 Áp suất P Chiều dày tại Chiều sâu tạo hình (MPa) đỉnh (mm) h (mm) 1 0.999 0.592 3 0.994 3.084 5 0.982 4.969 7 0.966 6.951 9 0.951 8.714 Hình 8. Sản phẩm bị phá hủy khi áp suất tạo hình lớn 11 0.935 10.35 13 0.917 11.99 15 0.894 13.94 17 0.871 15.52 19 0.84 17.54 21 0.804 19.73 21.5 0.789 20.84 21.6 - - Dựa vào Bảng 1, đồ thị về mối quan hệ giữa áp suất chất lỏng tạo hình p và chiều sâu tạo hình của sản Hình 9. Sự phụ thuộc của chiều dày sản phẩm phẩm h được thể hiện ở Hình 6. vào áp suất tạo hình Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 39
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Dựa trên kết quả Bảng 1, đồ thị thể hiện sự biến mỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO tại đỉnh chỏm cầu phụ thuộc vào áp suất tạo hình được thể hiện ở Hình 9. Có thể nhận thấy rằng trong khoảng [1]. Hartl, C (2005), Research and advances in khảo sát của áp suất tạo hình, áp suất càng lớn thì fundamentals and industrial applications of mức độ biến mỏng ở đỉnh chỏm cầu càng tăng. Hay hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, 167(2-3), 383-392. doi:10.1016/j. nói cách khác là chiều dày phôi tại đỉnh chỏm cầu càng jmatprotec.2005.06.035 giảm khi áp suất tạo hình tăng. Điều này hoàn toàn hợp lý khi kết hợp với kết quả tại Hình 7. Khi chuyển vị [2]. Lihui, L., Kangning, L., Cai, G., Yang, X., Guo, C., càng tăng, tức là phôi tạo hình càng sâu, thì biến mỏng & Bu, G (2014), A critical review on special forming processes and associated research for lightweight càng tăng lên. components based on sheet and tube materials, Trong giai đoạn biến dạng tự do, áp suất chất lỏng Manufacturing Review, 1(9). (2014). doi:10.1051/ tác dụng vào phôi, kết hợp với thành phần lực chặn mfreview/2014007 giữ phôi ở phần vành nên hạn chế việc phôi được [3]. Oh, S.-I., Jeon, B.-H., Kim, H.-Y., & Yang, J.-B kéo vào trong lòng cối. Do vậy biên dạng sản phẩm (2004), Applications of hydroforming processes to là hình chỏm cầu. Dưới tác dụng của các thành phần automobile parts, Journal of Materials Processing trên, phôi bị biến mỏng mãnh liệt, đặc biệt là ở đỉnh Technology, 174(1), 42-55. (2006). doi:10.1016/j. chỏm cầu. Vì vậy, nguy cơ rách tại đỉnh chỏm cầu là jmatprotec.2004.12.013 rất cao. Có thể thấy rằng, giai đoạn tạo hình tự do này [4]. Huiwen, H., Wang, J.-F, Fan, K.-T., Chen, T.-y., Wang, là giai đoạn quan trọng trong suốt quá trình tạo hình S.-Y (2015), Development of sheet hydroforming for sản phẩm. Nếu ở giai đoạn ban đầu này, sản phẩm đã making an automobile fuel tank, In: Proceedings bị biến dạng quá nhiều, hoặc có nguy cơ bị phá hủy, of the Institution of Mechanical Engineers Part B thì việc tạo hình sản phẩm ở giai đoạn sau là cực kỳ Journal of Engineering Manufacture, Vol. 229, Doi: khó khăn. 10.1177/0954405414554666. [5]. Kocanda, A., Sadlowska, H (2008), Automotive 4. KẾT LUẬN component development by means of hydroforming, Archives of civil and mechanical Nghiên cứu về quá trình biến dạng tự do trong công engineering, Vol. 8, No. 3, 55-72 nghệ dập thủy tĩnh cho vật liệu DC04 cho thấy: [6]. Yaghoobi, A., Bakhshi-Jooybari, M., Gorji, A., - Hình dạng sản phẩm trong quá trình này là hình chỏm Baseri, H (2016), Application of adaptive neuro cầu. Sản phẩm bị biến dạng rất lớn tại đỉnh. fuzzy inference system and genetic algorithm for pressure path optimization in sheet hydroforming - Việc hình thành chiều cao của chỏm cầu và mức độ process, International Journal of Advanced biến mỏng sản phẩm tại đỉnh phụ thuộc vào áp suất Manufacturing Technology, Vol. 86, No. 9, 2667- tạo hình. Áp suất càng lớn thì chiều sâu chỏm cầu 2677, doi: 10.1007/s00170-016-8349-2. càng tăng và biến mỏng càng nhiều. Biến mỏng của [7]. Taye, F. F., & Ravi, K. D (2019), Enhancement of sản phẩm lớn nhất đạt 21,1% và chiều sâu lớn nhất drawability of cryorolled AA5083 alloy sheets by của sản phẩm đạt 20.84mm khi áp suất tạo hình là hydroforming, Journal of Materials Research and 24.5 MPa. Technology, 8(1), 411-423. (2019). doi:10.1016/j. Nghiên cứu cho thấy, nếu biến dạng tại đỉnh quá nhiều jmrt.2018.02.012 trong giai đoạn này, thì rất khó khăn để tạo hình trong [8]. Valentin Gagov, B. T., Rossen Radev and Emil giai đoạn tiếp theo. Do vậy, cần có những phương Yankov (2009), About the sheet metal testing pháp hạn chế biến mỏng tại đỉnh để tăng mức độ tạo by hydraulic bulging, Int. J. Microstructure and hình ở giai đoạn sau. Materials Properties, 4. THÔNG TIN TÁC GIẢ Nguyễn Thị Thu - Năm 2019: Tốt nghiệp Tiến sĩ ngành Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên bộ môn Gia công áp lực, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Lĩnh vực quan tâm: Công nghệ tạo hình tấm; tạo hình các chi tiết bằng chất lỏng cao áp và chi tiết dạng micro. - Điện thoại: 0976512385 Email: thu.nguyenthi@hust.edu.vn. 40 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Trần Hải Đăng - Năm 2016: Tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trưởng phòng Tuyển sinh, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Công nghệ vật liệu, công nghệ tạo hình vật liệu mới. - Điện thoại: 0983884182 Email: dangctts@gmail.com. Mạc Thị Nguyên - Năm 2010: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Trưởng bộ môn Kỹ thuật cơ khí, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Cơ sở thiết kế máy và robot. - Điện thoại: 0389481166 Email: nguyenmacthi@gmail.com. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 41

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.