Tài liệu Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh. (tt)

A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Cơ sở lựa chọn đề tài luận án 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 là cho 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. Vì thế, nghiên cứu sinh chọn đề tài nghiên cứu về vấn đề “Nghiên cứu công nghệ tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng bằng phương pháp dập thủy tĩnh” nhằm xác lập cơ sở khoa học cho việc thành lập công nghệ chế tạo sản phẩm điển hình dạng tấm có hình dáng điển hình. Kết quả thu được khi tạo hình chi tiết có hình dạng chỏm cầu đường kính 50mm vật liệu đồng CDA260. 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 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. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết tấm. Xây dựng miền làm việc, hàm quan hệ của thông số công nghệ chính: lực chặn, chiều cao 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. 3. Đối tượng nghiên cứu ứng dụng - Đối tượng nghiên cứu: sản phẩm dạng cầu đường kính 50mm, vật liệu đồng CDA260 chế tạo bằng công nghệ DTT nhằm xác định bộ thông số công nghệ hợp lý. - Phạm vi nghiên cứu: ảnh hưởng và hàm quan hệ của 3 thông số công nghệ cơ bản bao gồm lực chặn, áp suất chất lỏng chất lỏng cần thiết, chiều cao tương đối sản phẩm (Hi/D) trong hai trường hợp có đối áp N = 0.4kN và không đối áp N = 0 kN. 4. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm - Thứ nhất là từ lý thuyết – tìm hiểu các công trình đã công bố liên quan đến đề tài ở trong và ngoài nước để xác định điểm mới đặt ra cho luận án giải quyết là gì. - Cách tiếp cận thứ hai từ thực tiễn: tìm hiểu cơ sở vật chất, trang thiết bị sẵn để thực hiện luận án. Ngoài ra, tìm hiểu nguồn nguyên liệu, khả năng ứng dụng thực tiễn sản xuất - Để thực hiện đề tài, một số phương pháp sau được sử dụng: + Sử dụng phương pháp mô phỏng số nhằm định lượng các thông số công nghệ, các kết quả mô phỏng sau đó làm cơ sở cho thiết lập các thông số khi thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tạo hình. + Sử dụng thiết bị đo và các phần mềm hiện đại hiện có ở Việt Nam để đo và xử lý số liệu cho kết quả đảm bảo độ tin cậy từ đó tính toán xây dựng mô hình toán học và đồ thị quan hệ giữa các thông số công nghệ. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án a) Ý nghĩa khoa học - Hệ thống hóa được cơ sở lý thuyết về các công nghệ tạo hình kim loại bằng chất lỏng cao áp. - Xác định các thông số công nghệ chính làm cơ sở khoa học chế tạo chi tiết dạng tấm. - Đóng góp vào việc sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm qua đó cho thấy hiệu quả của phương pháp thiết kế và tối ưu quá trình nhờ công nghệ ảo. 1 b) Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần nâng cao năng lực chuyên môn cho đội ngũ cán bộ làm khoa học thuộc lĩnh vực công nghệ tạo hình. - Nghiên cứu đáp ứng điều kiện thực tế tại Việt Nam, dễ triển khai ứng dụng. - Thiết bị phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu chuyên ngành gia công áp lực. 6. Các điểm mới của luận án 1) Xây dựng được bộ các thông số công nghệ có xem xét ảnh hưởng của độ biến mỏng khi tạo hình các chi tiết dạng tấm. 2) Xác định được mức độ biến mỏng theo từng vị trí của chi tiết trong 2 trường hợp có và không có đối áp. 3) Đưa ra mô hình toán học dạng hàm mục tiêu, hàm thông số công nghệ dạng 2D và 3D. 7. Kết cấu của luận án Luận án ngoài các mục quy định và phần Mở đầu được trình bày trong 05 Chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ dập thủy tĩnh; Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ dập thủy tĩnh; Chương 3: Các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng số; Chương 4: Xây dựng hệ thống thực nghiệm; Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả; Kết luận quan trọng của luận án và những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo sẽ được trình bày trong kết luận chung và hướng phát triển của đề tài. B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH 1.1. Những nét cơ bản tạo hình kim loại bằng công nghệ DTT - Công nghệ DTT nằm trong nhóm công nghệ tạo hình bằng chất lỏng cao áp (hình 1.1). Chất lỏng cao áp được cung cấp bởi hệ thống tăng áp tác dụng trực tiếp lên bề mặt của phôi gây biến dạng theo hình dạng của cối (phôi tấm) và theo hình dạng hai nửa khuôn trên và khuôn dưới (phôi ống). Các dạng sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh bao gồm các chi tiết trong dân dụng và công nghiệp: Hình 1.1 Phân loại các dạng tạo hình bằng CLCA Các thiết bị sử dụng DTT thường là thiết bị chuyên dụng, hệ thống bao gồm máy ép thủy lực (chặn), hệ thống cung cấp chất lỏng cao áp (tạo hình), hệ thống điều khiển và đo thông số trong quá trình tạo hình. Mặt đồng hồ Ống chữ T Khung xe ô tô Ống giảm thanh Hình 1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp dập bằng chất lỏng cao áp 1.1.1. Ưu điểm của tạo hình bằng CLCA. 1.1.2. Nhược điểm của tạo hình bằng CLCA. 2 1.2. Các phương pháp tạo hình bằng chất lỏng cao áp (CLCA). 1.2.1. Dập thủy cơ: 1.2.2. Dập thủy tĩnh phôi ống: 1.2.3. Dập thủy tĩnh phôi tấm: Dập thủy tĩnh phôi tấm là phương pháp dùng nguồn chất lỏng cao áp để biến dạng các tấm có hình dạng không gian phức tạp, mức độ dập vuốt lớn, hoặc các chi tiết có vật liệu khó biến dạng bằng các phương pháp dập vuốt truyền thống. Công nghệ này được ứng dụng phổ biến theo hai nguyên lý là tấm đơn và kép Hình 1.18 Nguyên lý cơ bản dập thủy tĩnh phôi tấm Các sản phẩm được ứng dụng bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm: - Các chi tiết vỏ xe trong công nghiệp ôtô: Các chi tiết vỏ xe ô tô biên dạng phức tạp, hoặc mức độ biến dạng nhỏ (sự đàn hồi lại lớn) rất cần thiết sử dụng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm – Các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm đơn. Hình 1.27 Các chi tiết vỏ xe ô tô (capo, tai xe, nóc xe) [11] - Các chi tiết bình, không gian rỗng trong công nghiệp ôtô: Các chi tiết bình chứa hoặc có hình dạng không gian rỗng được sản xuất theo công nghệ dập thủy tĩnh cặp phôi tấm. 1.3. Các nghiên cứu về dập thủy tĩnh phôi tấm. 1.3.1. Trên thế giới Công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm được bắt đầu nghiên cứu từ đầu thập niên 60 và được ứng dụng vào sản xuất cơ khí những năm 80 của thế kỷ 20 [5]. Nga là nước đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh trong đó nghiên cứu nhiều nhất là Đại học tổng hợp quốc gia Tula, Đại học Bách khoa Leningrat và các nhà máy sản xuất công nghiệp. Kết quả của các nghiên cứu này đã được nêu trong sách giáo trình của Nga : Dập bằng cao su và chất lỏng tác giả E.I. ISACHENKOP – Nhà xuất bản chế tạo máy Matxcva năm 1967 và Gia công biến dạng dẻo kim loại bằng thuỷ lực K.N. BOGAYAVLENXKI, A.G. RYABINHIN – Nhà xuất bản chế tạo máy Lêningrat năm 1988. Các giáo trình đưa ra các nguyên lý, cơ chế và tính toán công nghệ cho tạo hình bằng thủy lực. Tại Châu Á, điển hình là Nhật và Hàn Quốc, Trung Quốc đang đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dập thủy tĩnh nhằm biến dạng các vật liệu khó biến dạng như Titan, Magie [16, 27, 33, 34, 47]… với sự hỗ trợ công cụ mô phỏng số cho phép dự đoán trước sự hình thành, phá hủy trong quá trình biến dạng vật liệu. Dập bằng công nghệ dập thủy tĩnh đã khẳng định được những ưu điểm nổi trội của nó trong việc tạo hình những chi tiết hình dạng phức tạp, những chi tiết có kích thước lớn với sản lượng thấp, khả năng biến dạng của vật liệu kém (Magie, Titan). Chính vì vậy, công nghệ này đã và đang được các nhà khoa học tiếp tục quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Các hướng chính trong nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào các vấn đề như sau: Công nghệ dập thủy tĩnh: - Tổng quan lý thuyết và phương pháp dập thủy tĩnh, sơ đồ nguyên lý. - Thông số điều khiển và thông số quá trình (áp suất, lực, tốc độ) 3 - Ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình - Các dạng hỏng trong quá trình tạo hình - Mô phỏng số để xác định và tối ưu thông số Thiết bị và thí nghiệm dập thủy tĩnh: - Ma sát và bôi trơn - Khuôn mẫu và thiết bị thí nghiệm Công nghệ vật liệu biến dạng, vật liệu khuôn mẫu: - Xác định đường cong giới hạn tạo hình FLD - Nhận dạng mô hình vật liệu, mô hình hình học. 1.3.2 Trong nước: Một số nghiên cứu khảo sát về công nghệ DTT được đề cập trong các đề tài tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ và các đề tài nghiên cứu khoa học các cấp (cấp Nhà nước, cấp Bộ …); Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Học viện kỹ thuật Quân sự là hai cơ sở duy nhất tại Việt Nam đang đào tạo lĩnh vực Gia công áp lực đã đưa vào giảng dạy và nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh trong môn học “Công nghệ tạo hình đặc biệt, Công nghệ tạo hình tiên tiến”. Hiện nay, các nghiên cứu mới chỉ mang tính khảo sát, thống kê về công nghệ DTT, khả năng ứng dụng của công nghệ này vào sản xuất. Qua thu thập tài liệu cho thấy, vẫn chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào về DTT. Các thông số, quá trình, vật liệu, hệ thống, quan hệ tương hỗ giữa các thông số, miền làm việc các thông số tạo hình chưa hệ thống hóa và nêu ra quy luật cụ thể. Chính vì vậy, việc nghiên cứu về DTT tại Việt Nam sẽ là nền móng cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào sản xuất nhằm tăng chất lượng sản phẩm, giảm số lượng nguyên công, tăng khả năng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp. Kết luận chương 1 Qua các kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy, DTT là công nghệ dập tiên tiến có nhiều ưu điểm nổi bật trong tạo hình vật liệu tấm mỏng, chi tiết lớn có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác gia công rất khó khăn hoặc không thể gia công được khi dập một nguyên công. Công nghệ DTT là một quá trình dập vuốt tấm kim loại cho phép giảm số lượng nguyên công, đàn hồi lại thấp, độ chính xác hình học và mức độ biến dạng đồng nhất, tính chất bề mặt tốt hơn so với công nghệ dập vuốt truyền thống. Đã tìm hiểu về công nghệ, khả năng tạo hình sử dụng chất lỏng cao áp. Các bộ thông số công nghệ, thông số quá trình đã được nghiên cứu và đề cập với các giá trị định tính nên cần thiết phải nghiên cứu xác định giá trị bộ thông số một cách định lượng. Đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến quá trình DTT được công bố, nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình tạo hình vật liệu trong công nghệ DTT như áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối, lực chặn, góc lượn cối, lực đối áp, ma sát…. Các thông số này có những tác động khác nhau tới quá trình tạo hình nhưng chưa có công trình nào xây dựng sự quan hệ giữa các thông số và miền làm việc của các thông số công nghệ đến hình thành chi tiết một cách cụ thể. Tuy công nghệ DTT đã được ứng dụng trên thế giới và tạo ra nhiều sản phẩm thương mại nhưng vấn đề cơ sở khoa học, các quy luật tác động của các thông số và các yếu tố kỹ thuật vẫn cần có sự đóng góp tiếp theo của các nhà khoa học nhằm tối ưu các thông số công nghệ, xây dựng bộ thông số để áp dụng cho các dạng chi tiết có hình dạng tương đồng nhau về hình dáng hình học, vật liệu chế tạo. Ở Việt Nam, các nghiên cứu mới chỉ dừng ở việc chỉ ra tính ưu việt của DTT và bước đầu khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ, chưa có được bất cứ triển khai ứng dụng nào vào trong thực tiễn sản xuất. Hơn nữa, kiến thức cơ bản về một quá trình tạo hình cụ thể cho vật liệu đồng CDA260 không có 4 sẵn. Chính vì thế, trong phần nghiên cứu của Luận án, tác giả chủ yếu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của một số thông số công nghệ cơ bản quyết định quá trình DTT và xác định miền làm việc cho tạo hình sản phẩm dạng cầu đường kính D = 50mm vật liệu tấm đồng CDA260 chiều dày 0.8mm, bởi trong thực tế sản phẩm dạng cầu là một chi tiết không khó tạo hình, tuy nhiên, các chi tiết có hình dạng phức tạp thường được quy về tổng hợp của nhiều chi tiết đơn giản, chính vì thế việc nghiên cứu và xác định bộ thông số tạo hình của chi tiết cầu sẽ là cơ sở khoa học cho thiết lập các thông số tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp khác trong sản xuất công nghiệp là cần thiết. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DẬP THỦY TĨNH 2.1. Trạng thái ứng suất, biến dạng trong DTT Để làm rõ sự khác biệt và cơ chế biến dạng trong dập thủy tĩnh, ta nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng trong DTT và so sánh với nguyên công dập vuốt thông thường, dập thủy cơ.                                                                                                                Sơ đồ trạng thái ứng suất, biến dạng Hình 2.1 dập vuốt thông thường Hình 2.2 dập vuốt thủy cơ Hình 2.3 dập vuốt thủy tĩnh Ta nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình DTT có đối áp cứng với các vùng khác nhau: a) Phần vành phôi: Phần vành phôi được tấm chặn ép trong quá trình tạo hình nhằm mục đích chống nhăn đồng thời để chất lỏng không lọt qua khe hở giữa tấm chặn và phôi. Khi dập vuốt trạng thái ứng suất và biến dạng trong DTT trên phần vành cũng hoàn toàn tương tự như dập vuốt truyền thống b) Phần bán kính góc lượn của cối: Khi DTT không có đối áp, do có áp suất tác dụng vuông góc với bề mặt của phôi nên phôi bị ép sát vào miệng cối gây nên ma sát làm cản trở chuyển động của phôi vào trong cối, hiện tượng này chính là nhược điểm của phương pháp DTT do phôi bị cào xước khi đi qua góc lượn cối. c) Phần tiếp xúc với thành cối sau khi đi qua góc lượn cối và bị ép vào thành cối: Với DTT phần này chịu ứng suất kéo đơn và trạng thái biến dạng phẳng cộng thêm thành phần nén của chất lỏng ép vuông góc với bề mặt của phôi ép phôi sát vào bề mặt cối sau khi qua bán kính góc lượn. Thành phần này gây nên ma sát giữa phôi và bề mặt cối gây cản trở biến dạng kéo phôi vào trong cối. d) Phần tự do trong lòng cối Phần tự do trong lòng cối thủy tĩnh, áp suất chất lỏng tác dụng vuông góc với bề mặt phôi nên thành phần ứng suất hướng trục Z luôn bằng áp lực chất lỏng khi không đối áp. Khi DTT không có đối áp, vùng tự do là phần nguy hiểm nhất do phần này chịu ứng suất kéo theo hai chiều nên bị biến mỏng mãnh liệt dẫn đến khả năng rách tại phần đỉnh của chi tiết, đây là điểm khác biệt với công nghệ dập vuốt truyền thống. Khi DTT có đối áp, tác dụng của đối áp là hạn chế biến dạng mãnh liệt tại đỉnh của chi tiết đồng thời đỡ cho phần phôi không bị ép sát vào thành cối sau khi vuốt qua bán kính góc lượn của cối. 5 2.2. Áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình, lực dập, lực chặn trong DTT 2.2.1. Áp suất chất lỏng cần thiết P0 Lực từ phía chày có trị số bằng tích của áp suất thuỷ tĩnh với diện tích hình chiếu ngang (theo x-x) của mặt phẳng tự do của phôi có ý nghĩa là: Pq  qn .Fnp (2.1) Như vậy Pq là lực công nghệ tạo hình (các trở lực, lực cản) trong quá trình dập. Từ phía phôi cũng có các lực chống lại lực Pq: Áp suất cần thiết để dập chi tiết dạng cầu là : p  2  ( 0  0,71 ) S0 . (1  1 )2 R1 2.2.2. Lực dập: Lực dập được tính theo công thức: Pd = Pbd + Pcl Pbd   ds b ( K  1) Trong đó: (2.6) (2.8) Pcl   d 2 pmax . 2.2.3. Lực chặn: - Lực chặn khi DTT có thể được tính theo công thức: d 2 Q   .[ R ph  ( )2 ].qch 2 Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên phôi phẳng khi DTT phần vành phôi (2.11) Trong đó: Rph là bán kính phôi. Áp lực chặn trong DTT phụ thuộc vào các yếu tố chính là: hệ số dập vuốt, bản chất vật liệu, chiều dày tương đối của phôi, sự biến mỏng của vật liệu (do trong quá trình dập thủy tĩnh, ngoài ổ biến dạng là phần góc lượn vào trong lòng cối, phôi còn bị áp suất thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt vuông góc với phôi gây sự biến mỏng). 2.2.4. Miền làm việc của các thông số công nghệ chính khi DTT chi tiết tấm Bộ thông số công nghệ nằm trong miền làm việc DTT sẽ cho ra các sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng. Chọn bộ thông số nằm bên ngoài miền làm việc DTT, sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu chất lượng, sẽ bị nhăn (miền nhăn), rách (miền rách), lệch... Hình 2.9 Miền làm việc và quan hệ các thông số tạo hình khi DTT Kết luận chương 2 Trong chương 2 đã nghiên cứu các kiến thức cơ sở cốt lõi của công nghệ DTT như: trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng, các thông số công nghệ như lực chặn, áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối, … Trong chương tiếp theo, ta sử dụng phương pháp thiết kế ảo để xác định các thông số công nghệ, trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng khi dập tạo hình bằng công nghệ DTT. Bằng mô phỏng số sẽ xác định miền làm việc của lực chặn trong hai trường hợp không sử dụng đối áp và có sử dụng đối áp khi dập tạo hình chi tiết chỏm cầu đường kính 50mm. Việc đánh giá khả năng tạo hình, sự biến mỏng cũng được xem xét và đánh giá nhằm đưa ra miền làm việc tối ưu trong quá trình thực nghiệm. 6 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 3.1. Vật liệu và mô hình vật liệu sử dụng DTT 3.1.1. Vật liệu thí nghiệm Vật liệu nghiên cứu thí nghiệm là đồng CDA260 là hợp kim hệ đơn giản của đồng với kẽm các thành phần gồm 70% đồng và 30% kẽm: Vật liệu thí nghiệm được nghiên cứu, khảo sát mô hình mô tả xem vật liệu mang tính dị hướng hay đẳng hướng là hết sức cần thiết để từ đó lựa chọn mô hình vật liệu cho hợp lý. Phần mềm mô phỏng số thường cho phép chúng ta chạy kết quả mô phỏng theo đường cong thực nghiệm (quan hệ ứng suất – biến dạng) từ đó sẽ được kết quả gần với thực tế nhất. 3.1.2. Xác định cơ tính của vật liệu thí nghiệm Bằng thí nghiệm kéo theo 3 hướng. Kết quả cho thấy thấy quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo 3 hướng gần như nhau, ta có thể coi là vật liệu đẳng hướng trên cơ sở đó mô phỏng số với mô hình vật liệu được áp dụng với bài toán biến dạng nguội là mô hình dẻo tức thời tuyến tính đẳng hướng của Von Mises. Hình 3.3 Thí nghiệm kéo mẫu trên máy kéo nén MTS – 809 Axial / Torsional Test System, hệ thống đo lực – biến dạng 3.2 Mô phỏng số và phần mềm mô phỏng số trong gia công áp lực Luận án sử dụng phần mềm DYNAFORM để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình DTT, làm cơ sở cho quá trình thực nghiệm. 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ tới quá trình DTT bằng mô phỏng số 3.3.1 Thiết lập bài toán mô phỏng Khi tiến hành mô phỏng số với phần mềm Dynaform, ta tiến hành theo các bước: - Thiết lập mô hình hình học. - Mô hình chia lưới PTHH - Mô hình vật liệu - Các điều kiện biên phù hợp như chuyển vị, áp suất, tiếp xúc… Hình 3.7. Mô hình chia lưới mô phỏng dập thủy tĩnh chỏm cầu 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ 3.3.2.1 Ảnh hưởng của lực chặn đến áp suất chất lỏng tạo hình lòng cối P0 Bằng phương pháp tiệm cận ơle, sản phẩm tạo hình đạt yêu cầu về hình dạng, kích thước, tác giả tìm ra được miền tạo hình ổn định của lực chặn Q = 49 kN  63 kN. - Xét trường hợp đạt đủ chiều cao H = 25 mm (chiều cao tương đối Hi/D = X1 = 0.5) Ta có bảng kết quả như sau: Bảng 3.2 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với X1 = 0.5 N Q TT S0 (mm) X1 P0 (bar) (kN) (kN) 1 0.8 0.5 0 47 235 (ko đạt) 2 0.8 0.5 0 49 238.0 3 0.8 0.5 0 51 238.6 4 0.8 0.5 0 53 239.0 7 5 6 7 8 9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0 0 0 0 0 0 55 57 59 61 63 243.0 247.0 250.0 258.0 260.0 262.0 (ko 10 0.8 65 đạt) Với lực chặn Q < 49 kN, sản phẩm không thể tạo hình được, bị nhăn nhiều phần vành: Với lực chặn Q = 63 kN, sản phẩm bị rách vì áp lực chặn quá lớn, phôi khó dịch chuyển vào lòng cối dẫn đến sự biến mỏng lớn, làm rách sản phẩm: Hình 3.16 Sản phẩm nhăn do không đủ lực chặn Hình 3.17 Sản phẩm rách do lực chặn quá lớn Hình 3.18 Sản phẩm đạt yêu cầu Dải lực chặn cho kết quả tốt nhất Q = 49 kN  61 kN:  H = 5 mm (X1 = 0.1) Với Hi = 5 mm, trong dải lực chặn Q = 49 kN  61 kN. Với chiều cao thấp (5mm) nên áp suất chất lỏng nhỏ hơn trường hợp Hi = 25 mm. Hình ảnh Hi = 5 mm: Hình 3.22 Sản phẩm với chiều cao Hi = 5 mm  H = 10 mm (X1 = 0.2) Với H = 10 mm, trong dải lực chặn Q = 49 kN  63 kN, ta thấy lực chặn tăng thì áp suất chất lỏng tạo hình cũng tăng. Với chiều cao thấp (10mm) nên áp suất chất lỏng nhỏ hơn trường hợp H = 25 mm. Hình 3.24 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 10 mm  Hi = 15 mm (X1 = 0.3 ) Vì độ sâu Hi tăng (Hi = 15 mm) hay nói cách khác là chiều cao tương đối X1 tăng nên áp suất chất lỏng cũng tăng lên so với trường hợp X1 = 0.2 Hình 3.26 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 15 mm 8  Hi = 20 mm (X1 = 0.4) Với chiều cao tương đối sâu hơn X1 = 0.4 thì áp suất chất lỏng cũng tăng lên đáng kể. Áp suất chất lỏng tạo hình phù hợp trong dải: P0 = 198 bar  220 bar. Đồ thị có sự dao động nhẹ, tuy nhiên vẫn tuân theo quy luật của các trường hợp trên Hình 3.28 Sản phẩm chỏm cầu với chiều cao Hi = 20 mm Kết luận: Với khoảng lực chặn Q = 49 kN  63 kN: trong cùng điều kiện lực chặn, chiều cao tương đối tăng thì áp suất chất lỏng tạo hình tăng. 3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều cao tương đối (X1) đến áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối Với chiều sâu dập vuốt thay đổi Hi = 5  25 mm, xét ảnh hưởng của lực chặn đối với áp suất chất lỏng tạo hình trong các trường hợp chiều cao tương đối khác nhau.  Lực chặn Q = 49 kN: Bảng 3.7 Quan hệ giữa lực chặn và áp suất chất lỏng tạo hình với Q = 49 kN S0 N Q P0 TT X1 (mm) (kN) (kN) (bar) 1 0.8 0.1 0 49 70 2 0.8 0.2 0 49 119 3 0.8 0.3 0 49 161 4 0.8 0.4 0 49 198 5 0.8 0.5 0 49 238 Nhận thấy chiều cao tương đối càng thấp, áp suất chất lỏng tạo hình cũng thấp và ngược lại. Với lực chặn Q = 49 kN, để đạt chiều cao tương đối X1 = 0.1 ÷ 0.5 là P0 = 70 bar ÷ 238 bar.  Lực chặn Q = 53 kN: Tiến hành tương tự như Q = 49 kN, ta thấy quy luật tăng dần áp suất chất lỏng tạo hình khi chiều cao tương đối tăng. Với lực chặn tăng thì áp suất tạo hình cũng tăng lên.  Lực chặn khoảng 61 kN: Lực chặn tăng thì áp suất chất lỏng tăng đáng kể, với lực chặn Q = 61 kN, khoảng áp suất tạo hình thay đổi rõ rệt, lên thành P0 = 79 bar  258 bar. - Chiều cao tương đối thấp thì áp suất chất lỏng tạo hình thấp Hình 3.33 So sánh giữa chiều cao tương đối thấp và chiều cao tương đối cao hơn Ta có bảng tổng hợp các mối quan hệ giữa áp suất chất lỏng và lực chặn, áp suất chất lỏng và chiều cao tương đối như sau: 9 Bảng 3.11 Giá trị áp suất tạo hình cần thiết phụ thuộc vào chiều cao tương đối X1 TT S0 (mm) X1 N (kN) Q (kN) P0 (bar) 1 0.8 0.1 0 49 70 2 0.8 0.1 0 53 71 3 0.8 0.1 0 57 75 4 0.8 0.1 0 61 79 5 0.8 0.2 0 49 119 6 0.8 0.2 0 53 128 7 0.8 0.2 0 57 134 8 0.8 0.2 0 61 136 9 0.8 0.3 0 49 161 10 0.8 0.3 0 53 167 11 0.8 0.3 0 57 174 12 0.8 0.3 0 61 179 13 0.8 0.4 0 49 198 14 0.8 0.4 0 53 210 15 0.8 0.4 0 57 216 16 0.8 0.4 0 61 219 17 0.8 0.5 0 49 238 18 0.8 0.5 0 53 239 19 0.8 0.5 0 57 247 20 0.8 0.5 0 61 258 Bảng 3.12 Trạng thái ứng suất và biến dạng của sản phẩm qua các trường hợp mức độ biến dạng khác nhau TT X1 Hình ảnh biến mỏng Trạng thái ứng suất và biến dạng 1 0.1 2 0.2 3 0.3 4 0.4 10 5 0.5 3.4 Mối quan hệ của độ biến mỏng  với áp suất tạo hình P0, lực chặn Q Khảo sát bài toán ảnh hưởng của lực chặn tới biến mỏng chi tiết chỏm cầu D = 50 mm bằng phần mềm Dynaform cho kết quả về hình ảnh đáng tin cậy. Tác giả tiến hành đo biến mỏng tại các vị trí khác nhau, trong các trường hợp khác nhau trên sản phẩm. Hình 3.34 Sơ đồ điểm đo biến mỏng trên khi mô phỏng chi tiết chỏm cầu Bài toán dập thủy tĩnh chi tiết chỏm cầu là bài toán đối xứng trục, chính vì thế việc đo biến mỏng của các sản phẩm được tiến hành từ điểm 1-5, nửa còn lại là đối xứng. Kết quả chạy mô phỏng cho hình ảnh về biến mỏng của sản phẩm được tổng hợp như sau: Bảng 3.13 Độ biến mỏng ε (%) chi tiết phụ thuộc vào lực chặn Q TT Q Hình ảnh biến mỏng ε max TT Q Hình ảnh biến ε max (kN (%) (kN mỏng (%) ) ) 1 49 43.7 % 2 53 46.8 % 3 57 48.1 % 4 61 54.7% Nhận xét : - Hiện tượng biến mỏng tại các điểm trên chi tiết hoàn toàn khác nhau. Khi lực chặn tăng lên thì sự biến mỏng cũng lớn hơn. Điểm biến mỏng lớn nhất tại điểm 5 là vùng đỉnh chi tiết do có sự biến dạng mãnh liệt. Độ biến mỏng lớn nhất  54.7 %. - Điểm biến dầy lớn nhất là điểm 1 do sự ảnh hưởng của ứng suất tiếp tuyến  giống như trường hợp dập vuốt thông thường (chày cứng - cối cứng). - Tất cả các điểm trong lòng cối (từ 2  5) đều chịu ứng suất kéo z nên bị biến mỏng. Đây cũng là yếu tố tạo nên ưu điểm của dập thủy tĩnh đó là hạn chế sự nhăn trên đường sinh của các chi tiết có hình dạng phức tạp. Bảng 3.14 Bảng tổng hợp độ biến mỏng, biến dầy lớn nhất khi mô phỏng chi tiết cầu D50 Chênh lệch Độ biến mỏng Ghi chú S0 Si Q Điểm TT chiều dầy S ε = S/S0*100 đo (m) (kN) (m) (%) (m) 1 832.5 -32.5 (4.1) Biến dầy 1 800 49 5 450.7 349.3 43.7 Biến mỏng 2 800 53 1 834.7 -34.7 (4.3) Biến dầy 11 3 800 57 4 800 61 5 1 5 1 5 425.5 836.5 415.3 864.1 362.1 374.5 -36.5 384.7 -64.1 437.9 46.8 (4.6) 48.1 (8.0) 54.7 Biến mỏng Biến dầy Biến mỏng Biến dầy Biến mỏng Kết luận chương 3 Bằng phương pháp mô phỏng số, sử dụng phần mềm Dynaform với mô hình vật liệu được sử dụng được thí nghiệm thử cơ tính và xây dựng mô hình vật liệu, tác giả đã xây dựng được ảnh hưởng của các thông số công nghệ như áp suất cần thiết trong lòng cối P0, lực chặn Q, chiều cao tương đối X1 trong trường hợp không có đối áp. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được nhập vào phần mềm khi xây dựng mô hình vật liệu trong quá trình mô phỏng làm cho kết quả của phương pháp thiết kế ảo sát với thực tế. Qua khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ (lực chặn) đã xác định được tác động giữa lực chặn và độ biến mỏng lớn nhất và nhỏ nhất các điểm điển hình trên sản phẩm. Điều này có ý nghĩa thực tiễn khi lựa chọn bộ thông số công nghệ phù hợp để dập ra các sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng. CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 4.1. Yêu cầu và các thành phần của hệ thống thiết bị thực nghiệm Xuất phát từ các yêu cầu trên phải thiết kế, tính toán hệ thống thực nghiệm tương thích bao gồm 5 modun chính sau: - 1 - Hệ thống cấp chất lỏng cao áp. - 2 - Máy ép (hệ thống chặn thuỷ lực) - 3 - Khuôn thí nghiệm. - 4 - Hệ thống đối áp - 5 - Hệ thống thu thập và xử lý tín hiệu (đo áp suất - hành trình, áp suất xilanh chặn kết nối trực tiếp với máy tính có phần mềm điều khiển). 4.2. Tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm DTT 4.2.1. Hệ thống cấp chất lỏng cao áp Hệ thống tăng áp dùng để cung cấp chất lỏng áp suất cao vào trong lòng cối thủy tĩnh. 4.2.2 Khuôn thí nghiệm Gồm có cối có đường kính lượn cối khác 1; 2; 3 mm. 4.2.3. Hệ thống thu thập và xử lý tín hiệu : thiết bị đo áp suất - hành trình được kết nối với máy tính với phần mềm đo lường Dasy Lab 7.0 để đo và lưu giữ kết quả. Hệ thống được kiểm chuẩn tại Viện đo lường Việt Nam đạt độ không đảm bảo đo: U = 0.3 x 10-2 với xác suất tin cậy p = 95%, hệ số phủ k = 2. 4.2.4. Hệ thống đối áp cho khuôn thí nghiệm Hệ thống đối áp sử dụng xilanh khí nén có đường kính trong 50 mm ký hiệu CQ2B50-100DMZ, van điều áp, máy nén khí. Thông số áp suất đối áp được đo bằng sensor có dải áp suất đo từ 0  50 bar. 4.2.5. Máy ép thủy lực Máy ép thủy lực có thông số : lực ép danh nghĩa 125 tấn, hành trình 710 mm, kích thước bàn 500 x 500 mm. Để điều khiển lực chặn, sử dụng hệ thống điều van an toàn, hệ thống đo lắp ráp vào xilanh chính của máy. Áp suất chặn được điều khiển bằng van an toàn và được đo bằng sensor đo áp suất chặn. Thông số áp suất được thu thập bằng hệ thống đo đạc và xử lý tín hiệu. 12 4.2.6. Một vài hình ảnh gia công lắp ráp hệ thống thí nghiệm Hình 4.24 Lắp nửa khuôn dưới và nửa Hình 4.26 Hệ thống khuôn dập thủy tĩnh vật khuôn trên liệu tấm sau khi lắp hoàn chỉnh 4.2.7. Kết quả thử nghiệm và đánh giá độ tin cậy của hệ thống Hình 4.28 Quá trình thí nghiệm với phôi đồng CDA260 và sản phẩm dập thử Kết luận chương 4: Đã thiết kế và chế tạo hệ thống thực nghiệm sử dụng nguồn cao áp thủy lực, lựa chọn máy ép thủy lực đảm bảo lực chặn phù hợp cho chặn phôi, các thành phần điều khiển áp lực chặn được thiết kế là lắp đặt vào máy thủy lực có sẵn thích hợp cho điều khiển được lực chặn trong dải thực nghiệm. Khuôn thực nghiệm, hệ thống đối áp, hệ thống đo được được xây dựng đảm bảo độ chính xác để thí nghiệm và lấy kết quả đo đồng thời đã lựa chọn trang thiết bị thí nghiệm và và dụng cụ đo lường hiện có tại Bộ môn Gia công áp lực kết hợp với Phòng Đo lường – Viện Tên Lửa phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đã lựa chọn phương án, trình tự thí nghiệm có cơ sở khoa học và thực tiễn CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 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 đối áp 5.1.1 Ảnh hưởng của lực chặn Trong phần mô phỏng số đã xây dựng được miền làm việc của lực chặn Q, ta tiến hành thực nghiệm với các thông số như sau: - Chiều cao của sản phẩm H = 25 mm - Lực đối áp N = 0 kN (áp suất đối áp P2 = 0 bar) Thay đổi các giá trị lực chặn Q, tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá kết quả. Khi lực chặn quá thấp, Q = 45kN (P1 = 12 bar), do áp lực chặn không đủ nên dưới tác dụng của Hình 5.1 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 45 kN 13 ứng suất tiếp tuyến  gây nên nhăn tại vành, sự xuất hiện nhăn này làm cho dầu trong lòng cối bị thoát ra ngoài qua khe hở giữa chặn và cối. Sản phẩm không hoàn thành hết chiều sâu H (hình 5.1). Khi tăng Q = 49 kN – 61 kN, Chi tiết tạo hình đủ chiều cao sản phẩm H = 25 mm (hình 5.3). Một hiện tượng xuất hiện là chi tiết tạo hình dễ bị dịch chuyển trong mặt phẳng mặt bích phôi dẫn đến lệch mặt bích với tâm sản phẩm dẫn đến sự kéo phôi vào trong lòng cối không đều. Nguyên nhân bao gồm: sự không đồng đều về chiều dầy vật liệu tấm, lực kẹp không đồng đều trên mặt bích phôi, đặt phôi lệch, ... Hình 5.3 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN Tại giá trị Q = 65 kN, lực chặn lớn hạn chế sự kéo phôi vào trong lòng cối, tại vùng tự do có sự biến mỏng mãnh liệt, chi tiết tạo hình gần đạt chiều cao yêu cầu, phôi bị biến mỏng nhiều, độ bền vật liệu bị giảm đi, áp suất chất lỏng ép căng vào phần kim loại tự do gây phá vỡ tại đỉnh của chi tiết (hình 5.4). Hình 5.4 Sản phẩm dập với lực chặn Q = 65 kN Kết quả thực nghiệm các giá trị lực chặn, áp suất cần thiết trong lòng cối với yêu cầu sản phẩm đạt chất lượng được thống kê trong bảng 5.2. Bảng 5.2 Giá trị lực chặn ứng với các sản phẩm đạt chất lượng S0 N Q P0 TT X1 (mm) (kN) (kN) (bar) 1 0.8 0.5 0 49 247.25 2 0.8 0.5 0 53 249.71 3 0.8 0.5 0 57 258.53 4 0.8 0.5 0 61 265.32 - Với giá trị Q  49 kN, sản phẩm bị nhăn; Q  61 kN, sản phẩm bị biến mỏng nhiều tại vùng đỉnh chi tiết (phần biến dạng tự do), sản phẩm bị rách tại đỉnh chỏm cầu. Nếu lực chặn thấp, áp lực chặn không đủ để khống chế sự mất ổn định trên vành phôi, kết quả làm cho bề mặt vành chi tiết bị nhăn. Nếu lực chặn cao, phôi bị giữ lại trên miệng cối, làm cho phôi bị kéo căng, biến mỏng và rách vật liệu. - Giá trị lực chặn ở đây lớn hơn rất nhiều so với trường hợp dập vuốt truyền thống. Hiện tượng này được giải thích là hai nguyên nhân chính:  Một là do cơ chế của DTT, ngoài ổ biến dạng tại vùng bán kính góc lược của cối kéo phôi vào trong cối còn có toàn bộ diện tích tiếp xúc với chất lỏng cao áp trong lòng cối cũng bị biến dạng, biến mỏng nên lực chặn phải đảm bảo kéo phôi vào trong cối lớn hơn khi dập vuốt thông thường.  Hai là do chất lỏng trong lòng cối có áp suất cao sinh ra lực đẩy ngược lên cối và có xu hướng nâng cối lên khỏi mặt chặn, vì thế lực chặn phải đủ lớn để ngoài đảm bảo chi tiết dập vuốt không bị nhăn còn phải chống lại lực đẩy nâng mặt cối lên làm mất áp trong lòng cối. 14 5.1.2 Quan hệ của chiều cao tương đối với áp suất cần thiết trong lòng cối. Tiến hành thực nghiệm trong miền làm việc của lực chặn với thông số hành trình Hi như sau: - Chiều cao của sản phẩm Hi = 5, 10, 15, 20, 25 mm - Lực đối áp N = 0 kN. Thay đổi các giá trị lực chặn Q, tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá kết quả. Kết quả thực nghiệm được thống kê trong bảng 5.3. Bảng 5.3 Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối X1 TT S0 (mm) X1 N (kN) Q (kN) P0 (bar) 1 0.8 0.1 0 49 69.38 2 0.8 0.1 0 53 71.54 3 0.8 0.1 0 57 75.19 4 0.8 0.1 0 61 79.16 5 0.8 0.2 0 49 125.66 6 0.8 0.2 0 53 127.90 7 0.8 0.2 0 57 132.86 8 0.8 0.2 0 61 140.47 9 0.8 0.3 0 49 165.42 10 0.8 0.3 0 53 170.13 11 0.8 0.3 0 57 175.74 12 0.8 0.3 0 61 183.68 13 0.8 0.4 0 49 205.11 14 0.8 0.4 0 53 215.14 15 0.8 0.4 0 57 218.18 16 0.8 0.4 0 61 224.40 17 0.8 0.5 0 49 247.25 18 0.8 0.5 0 53 249.71 19 0.8 0.5 0 57 258.53 20 0.8 0.5 0 61 265.32 * Nhận xét: - Khi lực chặn tăng lên, với cùng một giá trị về chiều cao chi tiết, áp suất cần thiết cũng phải tăng lên do lực chặn tăng làm cản trở sự kéo phôi vào trong cối. - Kết quả thu được là số liệu để xác định áp suất cần thiết trong lòng cối phụ thuộc vào chiều cao tương đối X1. 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 Từ bảng số liệu 5.3, sử dụng phương pháp qui hoạch cực tiểu bình phương sai số, lập trình bằng phần mềm Maple 14, xây dựng quan hệ giữa áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối với lực chặn, chiều cao tương đối X1 thu được hàm quan hệ và các đồ thị quan hệ. * Hàm quan hệ giữa áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối và lực chặn và chiều cao tương đối X1: (5.1) Sai số trung bình giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán từ hàm nội suy: - P0  1.16 % 15 Nhận xét: - Từ biểu thức (5.1), có thể tính toán xác định được áp suất chất lỏng lòng cối theo lực chặn, chiều cao tương đối X1 để sản phẩm đạt yêu cầu theo mong muốn. - Đồ thị hình 5.21 cho một cái nhìn trực quan ảnh hưởng giữa áp suất tạo hình trong lòng cối với lực chặn Q, chiều cao tương đối X1. Hình 5.21 Đồ thị áp lực lòng cối theo chiều cao tương đối X1 và áp suất chặn khi không có đối áp 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: 5.2.1 Ảnh hưởng của đối áp Giới hạn làm việc của lực chặn trong quá trình dập thủy tĩnh chi tiết cầu đường kính 50 mm trường hợp không đối áp được xác định trong phần 5.1.1 là Q = 49kN ÷ 61 kN. Ta xác định miền làm việc của đối áp khi cố định giá trị lực chặn Q, tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá kết quả cho giá trị lực chặn Q = 65 kN (P 1 = 17 bar) với các thông số thực nghiệm như sau: - Chiều cao của sản phẩm H = 25 mm - Lực chặn Q = 65 kN - Lực đối áp N = 0.1 kN ÷ 1 Kn - Đường kính xilanh đối áp D2 = 50 mm - Đường kính phần đỡ ty đối áp: D3 = 8 mm Hình 5.22 Sản phẩm dập lực chặn Q = 65 kN, lực đối áp N = 0.1 kN Khi lực đối áp quá thấp, N = 0.1 kN ÷ 0.2 kN tác dụng của đối áp không có tác dụng, chi tiết vẫn không đảm bảo được chiều cao yêu cầu Khi lực đối áp N = 0.3 kN ÷ 0.7 kN (P2 = 1.5 ÷ 3.5 bar), tiến hành thực nghiệm, chi tiết tạo hình đạt yêu cầu về chiều cao, sản phẩm đẹp, vành phôi không bị nhăn, chi tiết không bị lệch. Hình 5.24 Sản phẩm với lực đối áp N = 0.9; 1 kN Hình 5.23 Sản phẩm thực nghiệm với N = 0.3 kN ÷ 0.7 kN (Q = 65 kN) 16 Khi lực đối áp N = 0.9; 1 kN, tiến hành thực nghiệm, chi tiết bị đối áp chọc thủng tại đỉnh chi tiết trong quá trình tạo hình (hình 5.24). Do trong quá trình thực hiện, khi chi tiết bị biến mỏng và vỡ tại phần xung quanh ty đối áp, áp suất trong lòng cối bằng 0, dưới tác dụng của lực đối áp tác dụng lên đỉnh chi tiết làm ấn lõm thêm phần bị thủng. Bảng 5.4 Giá trị lực đối áp với các sản phẩm đạt chiều cao tương đối X1 TT S0 (mm) Hi/D (mm) Q (kN) N (kN) 1 0.8 0.5 65 0.3 2 0.8 0.5 65 0.4 3 0.8 0.5 65 0.5 4 0.8 0.5 65 0.6 5 0.8 0.5 65 0.7 5.2.2 Ảnh hưởng của lực chặn trong trường hợp có đối áp Thực nghiệm khi cố định giá trị lực đối áp N = 0.4 kN. Các thông số thực nghiệm bao gồm: - Chiều cao của sản phẩm H = 25 mm - Lực đối áp N = 0.4 kN Thay đổi các giá trị lực chặn Q, tiến hành thực nghiệm, phân tích đánh giá kết quả. Áp suất cần thiết trong lòng cối với yêu cầu sản phẩm đạt chất lượng được thống kê trong bảng 5.5. Bảng 5.5 Giá trị lực chặn ứng với sản phẩm đạt chất lượng trường hợp đối áp N = 0.4 kN TT S0 (mm) X1 N (kN) Q (kN) P0 (bar) 1 0.8 0.5 0.4 49 256.16 2 0.8 0.5 0.4 53 261.26 3 0.8 0.5 0.4 57 268.64 4 0.8 0.5 0.4 61 275.32 5 0.8 0.5 0.4 65 281,60 6 0.8 0.5 0.4 68 290,85 7 0.8 0.5 0.4 72 299,26 8 0.8 0.5 0.4 76 310,97 9 0.8 0.5 0.4 80 321,23 * Nhận xét: - Với giá trị Q  49 kN, sản phẩm bị nhăn; Q  80 kN, sản phẩm bị biến mỏng nhiều tại vùng đỉnh chi tiết (phần biến dạng tự do), sản phẩm bị rách tại đỉnh chỏm cầu. - Nhờ có tác dụng của đối áp nên miền làm việc được mở rộng. - Tại các giá trị lực chặn thấp, khi xảy ra hiện tượng nhăn vành phôi, nếu chiều cao nhăn lớn hơn chiều cao của gioăng, chất lỏng trong lòng cối sẽ thoát ra ngoài qua khe hở giữa mặt chặn và phôi. Nhăn trên sản phẩm luôn phá hủy goăng, khi đó áp suất trong lòng cối bị mất làm không tạo hình được sản phẩm. 5.2.3 Quan hệ chiều cao tương đối sản phẩm, áp suất trong lòng cối trong trường hợp có đối áp Ta thực nghiệm với các sản phẩm chiều cao Hi với các giá trị lực chặn khác nhau, lực đối áp N = 0.4 kN (P2=2 bar), từ đó lấy các giá trị áp suất cần thiết trong lòng cối tương ứng với chiều cao chi tiết Hi được thống kê trong bảng 5.6. Bảng 5.6 Giá trị áp suất cần thiết tạo hình phụ thuộc vào chiều cao tương đối trường hợp đối áp N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) TT S0 (mm) Hi/D N (kN) Q (kN) P0 (bar) 1 0.8 0.1 0.4 49 71.21 17 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 53 57 61 65 68 72 76 80 49 53 57 61 65 68 72 76 80 49 53 57 61 65 68 72 76 80 49 53 57 61 65 68 72 76 80 49 53 57 61 65 68 72 76 80 79.54 80.19 81.16 93.39 93.73 97.72 111.06 112.93 127.66 131.90 138.86 142.47 152.82 161.99 166.95 172.69 180.74 170.42 178.13 187.74 199.68 202.80 210.96 214.79 233.83 242.02 208.76 225.58 238.14 240.58 248.33 259.81 267.15 278.70 283.11 256.16 261.26 268.64 275.32 281.60 290.85 299.26 310.97 321.23 18 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 Từ bảng số liệu 5.5 và 5.6, sử dụng phương pháp qui hoạch cực tiểu bình phương sai số, lập trình bằng phần mềm Maple 14, xây dựng hàm quan hệ và các đồ thị giữa các thông số : * Hàm quan hệ giữa áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối và lực chặn và X1 trong trường hợp có đối áp: (5.2) Sai số trung bình giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán từ hàm nội suy: - P0  1.34 % - Từ biểu thức (5.2), có thể tính toán xác định được áp suất chất lỏng lòng cối theo lực chặn, X1 để sản phẩm đạt yêu cầu theo mong muốn trong trường hợp có sử dụng đối áp. - Đồ thị hình 5.43 cho thấy ảnh hưởng giữa áp suất tạo hình trong lòng cối với lực chặn Q, X1 trường hợp có đối áp. Tất cả các điểm có các thông số nằm trên mặt cong cho sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng. Các điểm dưới mặt cong áp suất sẽ không đủ để tạo hình. Hình 5.43 Đồ thị áp lực lòng cối P0 theo X1 và lực chặn Q khi có đối áp N = 0.4 kN - Khi xác định thông số áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối phụ thuộc lực chặn, chiều cao sản phẩm để dập chi tiết, miền làm việc của áp suất chất lỏng cần thiết trong lòng cối nằm trên miền giới hạn bởi đồ thị trên hình 5.43. Áp suất cần thiết tối đa có thể tăng đến khi lực do áp suất chất lỏng lòng cối tác dụng vào cối lớn hơn lực chặn đẩy cối trên lên làm cho chất lỏng trong lòng cối thoát ra ngoài. 5.3 Khảo sát độ biến mỏng chiều dầy sản phẩm trong quá trình DTT Phần này Luận án khảo sát độ chính xác hình học chi tiết trong các trường hợp tạo hình không đối áp N = 0 kN (P2 = 0 bar) lực chặn Q nằm trong miền làm việc (49 kN  61kN) và trường hợp có lực đối áp N = 0.4 kN (P2 = 2 bar) với lực chặn Q nằm trong miền làm việc (49 kN  80 kN). 5.3.1 Khảo sát mức độ biến mỏng trong quá trình DTT trường hợp không đối áp Tiến hành trên máy chụp mẫu đo độ cứng tế vi FM700, Hãng Future Tech. Sử dụng phương pháp đo tại 5 điểm trên chi tiết (hình 5.44). Các mẫu được cắt dây sau đó mài tại mặt cắt đảm bảo phản quang để đo trên máy. Hình ảnh thu được trên mẫu đồng thời cho kết quả chiều dầy bị biến mỏng tại mặt cắt tương ứng Hình 5.44 Sơ đồ điểm đo biến mỏng chi tiết chỏm cầu dập bằng công nghệ 19 Hình 5.45 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 49 kN, đối áp N = 0 kN. Hình 5.46 Hình ảnh biến mỏng và chiều dầy mẫu tương ứng tại các mặt cắt sản phẩm dập với lực chặn Q = 61 kN, đối áp N = 0 kN. Bảng 5.7 Bảng thống kê độ biến mỏng tại các điểm đo phụ thuộc vào lực chặn Q trong trường hợp không có đối áp Chênh lệch Độ biến mỏng Ghi chú S0 Si Tên Q Điểm TT chiều dầy S ε = S/S0 * mẫu (m) (kN) đo (m) 100 (%) (m) 1 862.5 -62.5 (7.8) Biến dầy Biến 2 702.1 97.9 12.2 mỏng 1 M13 800 49 3 621.5 178.5 22.3 4 527.3 272.7 34.1 5 485.7 314.3 39.3 1 850.4 -50.4 (6.3) Biến dầy 2 693.8 106.2 13.3 2 M14 800 53 3 542.2 257.8 32.2 4 492.6 307.4 38.4 5 425.5 374.5 46.8 1 830.2 -30.2 (3.8) Biến dầy 2 671.9 128.1 16.0 3 M15 800 57 3 518.7 281.3 35.2 4 461.4 338.6 42.3 5 363.7 436.3 54.5 1 827.4 -27.4 (3.4) Biến dầy 2 652.1 147.9 18.5 4 M16 800 61 3 518.4 281.6 35.2 4 401.6 398.4 49.8 5 318.4 481.6 60.2 Trong trường hợp không sử dụng đối áp, tại điểm đo số 1 bị biến dầy do ứng suất tiếp tuyến  gây ra, lực chặn càng tăng thì mức độ biến dầy càng nhỏ đi (độ biến dầy tỷ lệ nghịch với lực chặn) Tại các điểm đo số 2 - 5 bị biến mỏng do ứng suất hướng kính  gây ra, các phân tố trong vùng lòng cối có trạng thái ứng suất kéo. Lực chặn càng tăng thì mức độ biến dầy 20