Tài liệu Nghiên cứu công nghệ tạo hình bằng năng lượng điện từ cho chi tiết phôi ống và tấm

Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- HỒ THỊ MỸ NỮ Đề tài: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH BẰNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ CHO CHI TIẾT PHÔI ỐNG VÀ TẤM Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/ 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. LƯU PHƯƠNG MINH Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THANH Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. LƯƠNG THỊ THU GIANG Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 07 tháng 01 năm 2009 . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN 2. Thư ký: TS. LƯƠNG HỒNG ĐỨC 3. Cán bộ hướng dẫn: TS. LƯU PHƯƠNG MINH 4. Cán bộ nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THANH 5. Cán bộ nhận xét 2: TS. LƯƠNG THỊ THU GIANG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . . NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : HỒ THỊ MỸ NỮ Ngày, tháng, năm sinh : 27-07- 1982 Chuyên ngành : Công Nghệ Chế Tạo Máy Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 Giới tính : Nữ Nơi sinh : Nghệ An 1- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH BẰNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ CHO CHI TIẾT PHÔI ỐNG VÀ TẤM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN : - Nghiên cứu tổng quán công nghệ tạo hình bằng năng lượng điện từ - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và những thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình bằng năng lượng điện từ. - Nghiên cứu mô hình tạo hình bằng năng lượng điện từ - Mô phỏng phôi trụ được tạo hình bằng năng lượng điện từ bằng phần mềm Ansys. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong nghị Quyết định giao đề tài): 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03.12.2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. Lưu Phương Minh Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. LƯU PHƯƠNG MINH LỜI CẢM ƠN Để có được những kiến thức vô cùng quý giá và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp được giao như hiện nay, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy em trong suốt hơn hai năm vừa qua. Nhân đây, em xin được bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng đến Quý Thầy Cô và kính chúc Quý Thầy Cô luôn dồi dào sức khỏe để chắp cánh tri thức cho thế hệ mai sau. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Phương Minh đã dành nhiều thời gian để hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và quá trình thực hiện luận văn Hồ Thị Mỹ Nữ ABSTRACT Electromagnetic forming (EMF) is an high velocity forming method and one of the most attractive high velocity forming techniques that gained significant acceptance in the commercial metal forming industry. EMF methods leads to improved formability, improved strain distribution, reduction in wrinkling, control of springback and interference fit between the sheet and the die in addition to other economic benefits like lighter tooling and equipment, lower die tryout time, one-sided dies etc, thereby overcoming the limitations imposed by conventional forming techniques. They can be effectively used for forming metals with low formability like aluminum alloys and high strength steel. The electromagnetic forming process uses electromagnetic (Lorentz) body forces to shape sheet metal parts. It uses the energy of strong magnetic field to plastically deform metal at high speed. In this thesis, the issues with electromagnetic forming that influence high velocity formability – inertia / size effects; changes in constitutive behavior; impact; and dynamic failure modes, were studied mainly from existing sudies and theoretical studies involving High velocity forming. LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: HỒ THỊ MỸ NỮ Ngày, tháng, năm sinh: 27.07.1982 Nơi sinh: Nghệ An Địa chỉ liên lạc: 170/1 khu phố I, phường Thạnh Xuân, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2001-2006 : Học tại đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 2006-2008 : Học tại đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 2006 đến nay đang công tác tại trường THPT Gò Vấp, Quận Gò Vấp thành phố Hồ Chí Minh MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Mô hình giải thích dập tấm 3 1.2 a) Dập dập tấm truyền thống b) dập tấm bằng năng lượng điện từ. 5 1.3 Sơ đồ quá trình dập nổ điển hình. (a) sử dụng ngòi nổ để dập ống hình tròn, (b) dập tấm phẳng [1,7] 10 1.4 Sơ đồ quá trình dập nổ điển hình. (a) sử dụng ngòi nổ để dập ống hình tròn, (b) dập tấm phẳng 8 1.5 Phương pháp dập thủy tĩnh 11 1.6 Những chi tiết có trục đối xứng điển hình được dập bằng EMF [41] 13 1.7 Công nghệ dập tấm được thực hiện với dập bằng năng lượng điện từ 21 1.8 Mô hình so sánh giới hạn dập của hợp kim nhôm 6061-T4 được thực hiện với dập bằng tốc độ cao và thấp.[1] 21 1.9 (a) Mô hình cài đặt sử dụng trong dập thủy tĩnh và hydroforming (b) so sánh tấm hợp kim nhôm AA2024 được dập trong khuôn nón sử dụng quá trình hydroforming (trái) và sử dụng quá trình thủy tĩnh (phải) [10] 22 1.10 Thực nghiệm EMF với thép tấm độ bền cao. (a) mô hình lắp đặt thực nghiệm, (b) Hai mẫu thép được dập trên mêm đặt ở giữa và đối xứng trục lớn và nhỏ. Những mẫu này đều hư hỏng khi bắt đầu thực hiện [37] 23 1.11 Biểu đồ vận tốc cao tập trung và tính dẻo chuẩn tĩnh của năm loại thép 24 1.12 Mô hình của hệ thống sử dụng dập bằng thủy tĩnh và điện từ của tấm kim loại vào trong khuông hình nón bên phải. 28 2.1 Sơ đồ nguyên lý dập phôi hình ống 30 2.2 Biểu đồ chung của hệ thống dập dùng năng lượng điện từ 31 2.3 Phôi được kéo, nén bằng năng lượng điện từ 33 2.4 Mô hình cuộn dây và hệ thống phôi : 1- cuộn dây 2- phôi, i1, i2 – dòng điện, B1 – độ cảm ứng điện từ trong không gian làm việc, B2 – độ cảm ứng điện từ dưới phôi. 34 2.5 Mô hình cuộn dây- phôi với từ trường được tập trung trong không gian s0: F là lực từ. 34 2.6 Sơ đồ mạch điện cho trường hợp một mạch đơn 38 2.7 Đường cong i*p = f (φ0 ) 40 2.8 (a) Bên phía phải của mẫu kiểm tra ứng suất kết hợp với (b) vận tốc, (c) lực 48 và (d) biên dạng ứng suất [73] 2.9 Ứng suất chảy dẻo của đồng ủ 0.9999 được đo tại mức biến dạng khoảng 15% như hàm tốc độ biến dạng. 52 2.10 So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng thể tích phần tử. Kết quả cho thấy gia tăng độ nhạy tốc độ biến dạng ở tốc độ biến dạng cao là artifact [94] 53 2.11 Biến đổi độ cứng điểm của tấm nhôm 6061 T4 được dập với vận tốc cao như là một hàm biến dạng tại tốc độ cao và thấp [62] 55 2.12 Đường cong ứng suất biến dạng được tạo ra do mô phỏng LS-DYNA với mô đun điện từ [68] 55 2.13 Quá trình kiểm để nghiên cứu về khả năng dập của thép tấm với phương pháp dập bằng năng lượng điện từ 1: cuộn dây tạo hình; 2: khối cách điện; 3: vòng thép; 4: tấm thép được kiểm tra; 5: khuôn với một khuôn mở (Ø100 mm), 6: khuôn hình côn hoặc và dạng chữ V; 7: đầu dây [21] 57 2.14 (a) Cuộn dây dập được đặt trong một khối cách điện và được ấn vào trong vành thép, cuộn dây (a) được dùng trong dập với năng lượng điện từ cho mẫu thép với khuôn tròn mở (b), khuôn chữ V (c) hay khuôn hình nón [21] 58 2.15 Khuôn dập với cửa sổ mở: (a) mở ; (b) khép kín [21] 59 2.16 Mẫu sau khi kiểm tra khả năng dập với lực điện từ, lực điện từ này ép mẫu vào trong khuôn mở.[21] 58 2.17 Biểu đồ về khả năng dập của hợp kim nhôm AA6111-T4 [ 21 ] 59 2.18 Mẫu nhôm 6111-T4 được biến dạng với dập bằng năng lượng điện từ trong một khuôn mở ở nhiều mức độ năng lượng khác nhau (a) 3.3kJ, (b) 2.21kJ, (c) 7.2kJ[21] 60 2.19 Kết quả về khả năng dập của hợp kim nhôm AA5754; đường liền nét – mô hình FLD; dấu hình chữ nhật – những mẫu sau khi được dập với EMF trong khuôn mở hình tròn và chữ nhật; dấu tam giác – những mẫu được dập với EMF trong khuôn hình nón.[21] 60 2.20 So sánh các mẫu được dập khi có khuôn và không có khuôn. 60 2.21 Vận tốc biến đổi theo biên dạng bán kính đối với mẫu ống được giản nở khi có khuôn tác động và không có khuôn tác động 61 2.22 Hình cuộn dây dập với cuộn dây có 2, 4, 10 vòng dây được dùng để dập cho chi tiết hình trụ. [20] 61 2.23 Hình mẫu có chiều cao 3.17cm được dập bằng năng lượng điện từ với cuộn dây có 4 vòng dây tại mức năng lượng 6.72 kJ[20] 62 2.24 Dòng điện biến đổi theo thời gian: của mẫu được dập với cuộn dây có 4 vòng dây tại mức năng lượng 6.72kJ. Đỉnh dòng điện là 128kA, thời gian 62 tăng lên là 18 µs. [20] 2.25 Mẫu cao 8.51 cm được biến dạng với cuộn dây có 4 vòng dây tại mức năng lượng 6.72 kJ [20] 63 2.26 Dòng điện biến đổi theo thời gian của mẫu cao 8.51cm được dập với cuộn dây ở mức năng lượng 6.72kJ. Đỉnh dòng điện 138kA và thời gian đạt tới đỉnh là 16 µs 64 2.27 Mẫu cao 8.51cm được dập với cuộn dây có 10 vòng dây. 64 2.28 Dòng điện biến đổi theo thời gian của mẫu cao 8.51 cm được dập với cuộn dây có 10 vòng dây 65 2.29 Mẫu dài 3.17 cm được dập bằng năng lượng điện từ ở mức năng lượng 8kJ 65 2.30 Dòng điện biến đổi theo thời gian của mẫu cao 3.17cm được dập với cuộn dây có 10 vòng dây 66 2.31 Mẫu dài 1.74cm được dập bằng năng lượng điện từ với cuộn dây có 2 vòng dây với mức năng lượng là 6.4kJ 66 2.32 Dòng điện biến đổi theo thời gian của mẫu cao 1.74 cm được biến dạng với cuộn dây có hai vòng dây ở mức năng lượng là 6.4 kJ. 67 2.33 Mô hình hệ thống nén phôi ống bằng năng lượng điện từ 68 2.34 Mô hình dụng cụ dập bằng năng lượng điện từ 70 2.35 Thanh dẫn phẳng được bắt bu lông 84 2.36 Sơ đồ mạch điện tạo hình bằng năng lượng điện từ 87 2.37 Sơ đồ mạch hai cánh 90 2.38 Mô hình đơn giản của dụng cụ đánh lửa 94 2.39 Sơ đồ mạch điện cho phương pháp dập bằng EMF 96 3.1 Cấu hình thực để làm mô hình giản nở ống 100 3.2 Mạch điện tương đương của hệ thống dập bằng năng lượng điện từ 102 3.3 Hệ thống dập bằng năng lượng điện từ được dùng để nén phôi hình trụ rỗng 103 3.4 Hệ thống dập bằng năng lượng điện từ kéo phôi hình trụ rỗng 103 3.5: Mô hình tương đương của hệ thống dập bằng năng lượng điện từ 104 3.6 Phân tích lực của qúa trình giản nở phôi ống bằng lực điện từ và cuộn dây 107 dập 3.7 Mặt cắt theo chiều dài phôi và chiều dài cuộn dây 108 3.8 Mô hình lưới của cấu hình 108 3.9 Mặt cắt ngang của cuộn dây dập và của phôi 109 3.10 Mô hình của cuộn dây kích từ có bốn vòng dây được sử dụng cho quá trình 116 giản nở phôi hình ống (a) nhìn trước (b) nhìn từ trên. 3.11 Cuộn dây kích từ dạng xoắn phẳng được đặt trong khối cách điện micarta. 116 3.12 Nguyên tắc hoạt động của cuộn dây bên ngoài. 118 4.1 Cấu hình phôi được sử dụng để mô phỏng 121 4.2 Mô hình lưới của phôi 123 4.3 Phôi sau khi đã đặt lực và điều kiện biên 123 4.4 Phôi sau khi được tác động lực 124 4.5 Ứng suất trong phôi 124 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử ra đời của phương pháp dập bằng năng lượng điện từ 1 1.2 Tính ưu việt của phương pháp điện từ 1.2.1 Dập dập tấm truyền thống 1.2.2 Dập với vận tốc cao 1.2.2.1 Công nghệ dập bằng phương pháp nổ 1.2.2.2 Phương pháp dập thủy tĩnh 1.2.2.3 Phương pháp dập bằng năng lượng điện từ 1.2.3 So sánh với dập truyền thống với dập với năng lượng điện từ 1.3 Hợp kim nhôm 1.3.1 Những thuận lợi và thách thức đối với việc sử dụng hợp kim nhôm. 3.1.1.1 Thuận lợi 3.1.1.2 Những hạn chế khi dùng hợp kim nhôm cùng với các phương pháp dập truyền thống. 1.3.2 Ưu điểm của hợp kim nhôm trong dập với vận tốc cao 1.3.2.1 Làm tăng khả năng dập 1.3.2.2 Vấn đề khử nhăn 1.3.2.3 Giảm đàn hồi ngược 1.3.2.4 Tính kinh tế 2 5 6 7 10 12 15 17 19 19 20 20 21 25 26 26 1.4 Kết luận 26 1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 27 1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế Giới 1.5.2Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 27 31 1.6 Cần thiết của đề tài 31 1.7 Mục tiêu của luận văn 31 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH BẰNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ 2.1 Nguyên lý dập khi phôi là hình ống 32 2.2 Phương trình cơ bản của phương pháp dập dùng năng lượng điện từ 37 Bộ phóng điện thông qua hệ thống mạch có hai hoặc là nhiều mạch hơn được kết nối với nhau 40 2.3 2.4 Áp lực tác động lên phôi trong suốt quá trình dập bằng EMF 45 2.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp dập ở vận tốc cao 47 2.5.1 Ảnh hưởng của lực quán tính 2.5.1.1 Những mô hình dựa trên tính không đồng nhất ban đầu và nghiên cứu về phát triển của chỗ thắt. 2.5.1.2 Mô hình dựa trên phân tích nhiễu và không ổn định 2.5.2 Ảnh hưởng khuôn tác động đến khả năng dập ở vận tốc cao 2.5.3 Ảnh hưởng của thay đổi cấu trúc đến khả năng dập ở vận tốc cao 47 47 51 52 54 2.6 Ảnh hưởng của khuôn đến hình dạng của phôi 58 2.7 Ảnh hưởng chiều dài cuộn dây đến khả năng dập bằng năng EMF 64 2.8 Nguyên tắc thiết kế thiết bị dập bằng năng lượng điện từ 73 2.8.1 Yêu cầu chung 2.8.2 Phân bố năng lượng trong mạch phóng điện EMF 2.8.3 Tự động hóa những thông số của mạch phóng điện 2.8.4 Lựa chọn điện thế bộ tụ 2.8.5 Lựa chọn bộ tụ 2.8. 6 Thanh dẫn điện 2.8.7 Thiết bị nạp điện 2.8.8 Dụng cụ chuyển mạch 2.8.9 An toàn 2.8.10 Sơ đồ mạch và thiết kế cấu trúc của thiết bị tạo xung điện từ. 98 2.8 Kết luận CHƯƠNG 3 73 74 78 81 83 85 96 99 95 98 MÔ HÌNH DẬP BẰNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ 3.1 Mô hình lý thuyết 100 3.2 Mô hình tương đương 104 3.3 Đơn giản hóa mô hình hình học 111 3.3.1 Chiều dài của cuộn dây dập và phôi 3.3.2. Bề dày của cuộn dây dập và phôi 3.4 Xấp xỉ các thông số của cấu hình 3.4.1. Tính chất điện từ của vật liệu 112 113 113 113 3.4.2. Đặc tính đàn dẻo của vật liệu 3.4.3. Tính chất nhiệt của vật liệu 3.4.4. Những yếu tố của mô hình lưới tương đương 3.5 Xấp xỉ các trường trong cấu hình 114 115 116 116 3.5.1 Trường điện từ trong phôi 3.5.2. Trường đàn hồi trong phôi 3.5.3. Miền nhiệt độ trong phôi 117 117 117 3.6 Mô hình cuộn kích từ và khuôn dập 118 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP BẰNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ 4.1 Nguyên lý mô phỏng 119 4.2 Các bước tiến hành mô phỏng 120 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 126 Mục lục kí hiệu a - Bán kính phôi bên trong (m) b – Bán kính bên ngoài của phôi(m) c – Bán kính trung bình của cuộn dây tạo hình (m) d – Bề dày của phôi (m) dc – Đường kính bên ngoài cuộn cảm (m) dgap – Khoảng cách giữa phôi và cuộn dây (m) dl – Lớp cách điện giữa các vòng dây trong cuộn kích từ (m) dover - Lớp cách điện xung quanh cuộn dây kích từ(m) E – Cường độ điện trường E - Tổng năng lượng được tích tụ trong bộ tụ (J) 2 E – Mô đun đàn hồi (N/m ) L1, R1 và C1 - Độ tự cảm, điện trở của cuộn dây tạo hình và điện dung của bộ tụ I1 -là dòng diện trong cuộn dây tạo hình I2 -là dòng điện trong phôi d -là khoảng cách giữa cuộn dây và phôi μ0 -là độ từ thẩm của không gian giữa phôi và cuộn dây B1t, B2t -là thành phần tiếp tuyến cảm ứng điện từ B • E - là cường độ điện trường • H -cường độ từ trường γ • -là tính dẫn điện của vật liệu • σ - là mật độ dòng • V - là vận tốc của dây dẫn γ0 – điện dẫn suất ở nhiệt độ 0 βt – hệ số nhiệt độ cm – nhiệt dung riêng của vật liệu θ - là nhiệt độ của dây dẫn Q là nhiệt được sinh ra trong dây dẫn λt – độ dẫn nhiệt riêng của dây dẫn θ0 là nhiệt độ môi trường k0 là hệ số chuyển đổi nhiệt Fc -tổng lực tác động vào phôi • S là véctor chuyển vị phôi ⎛•⎞ D1 ⎜ S ⎟ là toán tử phụ thuộc vào hình dạng của phôi ⎝ ⎠ λ, là hằng số Lame Gl .là mô đun trượt • V là véc tơ vận tốc chuyển vị phôi; ⎛•⎞ D2 ⎜ V ⎟ là toán tử mô tả biến dạng dẽo ⎝ ⎠ pm là ứng suất trong kim loại Le điện cảm tương đương của hệ thống phôi-cuộn cảm. Re là điện trở tương đương của hệ thống C − điện dung của bộ tụ, V0 − điện thế trao đổi của bộ tụ, Rext − điện trở tương đương của bộ phận trước đi ốt. Lext − điện cảm tương đương của bộ phận trước đèn đi ốt Rdiode − điện trở tương đương của đèn đi ốt Rint − điện trở tương đương của bộ phận sau đèn đi ốt Lint − điện cảm của bộ phận sau đèn đi ốt Rc − điện trở của cuộn dây tạo hình Lc − độ tự cảm của cuộn dây tạo hình, Rw − điện trở của phôi, Lw − độ tự cảm của phôi, Mcw −Độ tự cảm chung giữa phôi và cuộn dây tạo hình. Ρo- Mật độ khối ban đầu σy- Ứng suất chảy dẽo µ- Mô đun trượt Ν- Hệ số Poison 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử ra đời của phương pháp dập bằng năng lượng điện từ Dập với vận tốc cao được khám phá vào cuối thập niên 1800, ứng dụng cho phôi tấm mỏng vào thập niên 1930. Giữa thập niên 1950 và đầu thập niên 1970 chính phủ Mỹ đã tài trợ cho một số nghiên cứu phát triển và ứng dụng dập với vận tốc cao, gồm có những phương pháp dập nổ, dập thủy tĩnh và dập điện từ. Trong đó dập bằng năng lượng điện từ yêu cầu phôi phải có khả năng dẫn điện cao, và công nghệ này đã phát triển rất mạnh mẽ trong công nghệ lắp ráp. Thậm chí là dập bằng phương pháp điện từ được biết đến ở những năm đầu của thế kỷ XX, nhưng phương pháp này đã không được nghiên cứu rộng rãi vì những hạn chế về kĩ thuật (dụng cụ, vật liệu, công tắc điện cao thế, vật liệu dùng để cách điện) vì vậy mà phương pháp này đã bị lãng quên trong nhiều thập kỷ, dù nó là phương pháp đầy hứa hẹn. Thêm vào đó do máy tính lúc bấy giờ không đáp ứng được yêu cầu do công nghệ này yêu cầu. Tuy nhiên, những công ty như Maxwell Maganform vẫn tiếp tục giới thiệu dụng cụ dập bằng năng lượng điện từ ra thị trường. Nhóm EMF tại đại học Ohio State University khơi lại quan tâm về công nghệ này vào đầu thập niên 90 và đã xuất bản nhiều bài báo và luận văn, chứng minh về tính ưu việt của phương pháp dập bằng năng lượng điện từ cho quá trình dập kim loại. Trong suốt một vài thập kỉ sau, nhu cầu của thị trường yêu cầu chi tiết có độ bền cao và tính kinh tế hơn so với các phương pháp truyền thống và đó cũng chính là nguyên nhân mà khiến cho mọi người quay về với dập bằng phương pháp điện từ. Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu phương pháp dập điện từ rất nhiều và đã chế tạo ra máy móc thiết bị dập bằng năng lượng điện từ và rất hiệu quả. 2 Ngày nay đang nghiên cứu và chế tạo trên vật liệu nhôm, kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn ANSYS để mô phỏng các vấn đề về di chuyển của trường điện từ và hiểu thêm về các nguyên tắc về dập bằng trường điện từ . Phương pháp dập bằng năng lượng điện từ được so sánh như quá trình dập truyền thống nhưng được thực hiện với vận tốc rất cao. Hiện nay, việc cải thiện cho quá trình dập điện từ với các đặc tính của phôi như hình dáng hình học, khả năng dẫn điện, chất lượng, và độ thấm từ có thể được xác định bằng cách điều khiển được dòng điện và điện thế chạy qua cuộn dây tạo hình. 1.2 Tính ưu việt của phương pháp điện từ Dập kim loại tấm là một quá trình sản xuất quan trọng vì tốc độ sản xuất cao và chi phí thấp. Nó là công nghệ hàng đầu trong sản xuất xe hơi, xe có tải trọng lớn và công nghiệp hàng không. Những sáng kiến hiện tại trong hai ngành công nghiệp này đưa ra yêu cầu về bộ khung nhẹ hơn. Kim loại nhẹ, như là thép các bon cao, hợp kim nhôm, magie, được đưa vào sử dụng để giảm trọng lượng và giảm lượng tiêu thụ dầu nhớt. Tuy nhiên, khả năng tạo hình của những vật liệu này có khuynh hướng tạo ra những sự cố không mong đợi. Đồng thời, các nhà thiết kế xe hơi luôn thiết kế khung xe hơi với hình dáng ngày càng phức tạp để đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng. Kết hợp hai yêu cầu trên thì công nghệ dập truyền thống không đáp ứng. Quá trình dập tấm thành công khi tấm kim loại phẳng được dập thành những chi tiết hữu dụng với hình dáng như mong đợi và không hư hỏng. Quá trình dập tấm kim loại rất phức tạp do khả năng thích ứng với biến dạng để tạo ra những hình dạng như thiết kế mà không hư hỏng trong suốt quá trình dập. Khả năng tạo hình không chỉ phụ thuộc vào đặc tính của tấm mà còn phụ thuộc vào những thông số của quá trình trong quá trình dập thực hiện. Hình 1.1 sơ đồ của quá trình dập tấm truyền thống. Những công cụ dập gồm có như chày, khuôn và bộ kẹp phôi mà có thể có hoặc không có gờ kéo kèm theo. Chày kéo tấm phẳng vào khuôn để dập, và bộ kẹp phôi có tác dụng chống lại nhăn và để điều khiển dòng kim loại vào trong khuôn. 3 Trong phương pháp dập truyền thống, hư hỏng sản phẩm thường do nhăn và rách. Nhăn thường xuất hiện ở phần phình ra bên trong bộ kẹp phôi hoặc trong những mép không có giá đỡ, hiện tượng nhăn là do ứng suất nén thừa trong mặt phẳng tấm dẫn tới giản nở tấm. Trái lại, rách phôi thường là do ứng suất kéo thừa tác động vào tấm. Để hạn chế được những hư hỏng này, đầu tiên sử dụng vật liệu có đặc tính vật liệu tốt hơn để giảm nhăn và rách, mà cần phải chọn những vật liệu mới có đặc tính cơ cao. Cách khác, điều khiển phân bố biến dạng của chi tiết được dập, phân bố biến dạng lý tưởng là biến dạng đều mà không có biến dạng nén thừa và biến dạng kéo thừa. Vì vậy, kim loại tấm có biến dạng vừa đủ tạo ra những hình dạng như mong muốn và không có hư hỏng cục bộ. Nhiều phương pháp chế tạo được phát triển để cải thiện khả năng tạo hình tấm, như là điều khiển gờ kéo và lực kẹp của bộ kẹp phôi hiệu quả, bôi trơn và tối ưu hóa phôi. Chúng có thể được áp dụng cùng lúc những biện pháp này hoặc là áp dụng từng phương pháp riêng lẻ. Mặc dù tất cả những phương pháp trên hữu dụng, chúng được áp dụng để điều khiển dòng kim loại và tiếp theo là tác động gián tiếp vào phân bố biến dạng. Có một giải pháp có thể hạn chế được những hạn chế trên của phương pháp dập truyền thống đó là ứng dụng dập bằng năng lượng điện từ, để cải thiện khả năng tạo hình của tấm kim loại, mà dựa vào ý tưởng của việc phân bố biến dạng trực tiếp mà nó được yêu cầu và sau đó là điều khiển phân bố biến dạng. Với công nghệ dập bằng năng lượng điện từ, cuộn dây tạo hình sẽ thay thế cho chày trong dập truyền thống, mà nó là công cụ trực tiếp điều khiển phân bố biến dạng phôi. 4 Trong phương pháp dập truyền thống phôi sẽ được đặt giữa khuôn và chày. Lực này được tạo ra do chày tác động trực tiếp lên phôi và phôi được tạo hình theo hình dạng của khuôn, như trên hình 1.1a. Có nhiều giới hạn do phương pháp này bao gồm một là do dung sai của khuôn và chày, hai là do thay đổi thiết kế khuôn và do hao mòn khuôn, ba là do hiệu chỉnh khuôn và dụng cụ dập và bốn là do sức kháng của tấm đối với tốc độ biến cứng cao hoặc là modul đàn hồi thấp, qui trình kĩ thuật cho việc bôi trơn và trượt. Dập với vận tốc cao sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau để tạo ra lực tác động vào tấm bao gồm nổ, điện từ và thủy tĩnh. Với các phương pháp này chỉ yêu cầu một nửa khuôn (dưỡng) vì vậy mà làm giảm đáng kể những vấn đề xuất hiện trong phương pháp dập truyền thống. Phương pháp dập với vận tốc cao được trong nghiên cứu thực nghiệm là sử dụng cuộn dây có nhiều vòng dây được biết như là cuộn dây có áp suất đều để tạo ra lực tác động vào phôi. Phương pháp này sử dụng dòng điện cao tần tạo ra dòng điện cảm trong một khoảng thời gian rất ngắn ép phôi vào khuôn với vận tốc khoảng 200m/s phụ thuộc vào năng lượng được sử dụng. Hình 1.1b tấm được ép vào khuôn bằng năng lượng điện từ. Hình 1.2 a) Dập tấm truyền thống b) dập tấm bằng năng lượng điện từ [99] Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để so sánh giữa phương pháp dập truyền thống và phương pháp dập bằng năng lượng điện từ về độ cứng, khả năng tạo hình và ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc. Có nhiều yếu tố trong công nghệ dập bằng năng lượng điện từ được phân tích gồm có 1) Năng lượng trao đổi 2) Hình dạng cuộn dây, 3) Mức áp lực tác động, 4) Khoảng cách mà tấm phải di chuyển, và 5) Vật liệu