MỤC LỤC

  Lời nói đầu.

  Chương I : Tổng quan về công nghệ dập thủytĩnh.

   1.1.Sự nghiên cứu và phát triển của công nghệ dập thủy tĩnh.

   1.1.1.Công nghệ dập thủy tĩnh trên thế giới.

   1.1.2.Công nghệ dập thủy tĩnh tại nước ta.

   1.2.Một số phương pháp gia công sử dụng thủy lực.

   1.2.1.Phương pháp dập thủy cơ(Hydromechanical).

   1.2.2.Phương pháp dập bằng xung điện thủy lực (ElectrohydraulicForming).

   1.2.3.Phương pháp dập thủy tĩnh(Hydrostatic).

   1.2.4.Phân loại công nghệ dập thủy tĩnh.

   1.2.5.Sự khác nhau giữa dập thủy tĩnh và dập vuốt thông thường.

   1.3.Nguyên lí làm việc của dập thủy tĩnh.

   1.4.Thiết bị sử dụng trông dậpthủytĩnh.

Chương II : Cơ sở lí thuyết của phương pháp dập thủy tĩnh.

   2.1.Áp suất chất lỏng trong dập thủy tĩnh.

   2.1.1.Tạo hình phôi phẳng bằng chày chất lỏng.

   2.1.2.Dập vuốt không dịch chuyển phần mặt bích.

   2.1.3.Dập vuốt có dịch chuyển mặt bích.

   2.2.Ứng suất chảy của vật liệu và khả năng biến dạng của tấm.

   2.2.1.Giới thiệu chung.

   2.2.2.Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.

   2.2.3.Ứng suất thực,tốc độ biến dạng và biến dạng thực.

   2.2.4.Biến dạng kim loại tấm – Thử kéo đơn.

   2.2.5.Giới hạn chảy.

   2.2.6.Lựa chọn vậtliệu.

   2.3.Ảnh hưởng của ma sát và bôi trơn.

   2.3.1.Ma sát và bôi trơn trong dập thủy tĩnh.

   2.3.2.Các thông số ảnh hưởng đến ma sát trong dập thủy tĩnh.

   2.3.3.Các thông số quátrình….

Chương III : Ứng dụng mô phỏng số để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình dập thủy tĩnh.

   3.1.Giới thiệu các phương pháp mô phỏng.

   3.1.1.Mô phỏng vật lý.

   3.1.2.Mô phỏng số và công nghệ thực ảo.

   3.1.3.Ứng dụng mô phỏng số trong dập thủy tĩnh.

   3.1.4.Các bước tiến hành mô phỏng số bài toán tạo hình.

   3.2.Ứng dụng mô phỏng số nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình dập thủy tĩnh.

   3.2.1.Chi tiết khảo sát và các thông số ban đầu.

   3.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày vật liệu.

   3.2.3.Khảo sát ảnh hưởng của bán kính góc lượn.

Chương IV : Thiết kế khuôn thực nghiệm kết quả mô phỏng.

   4.1.Thiết kế khuôn cắt phôi.

   4.1.1.Xác định lực cắt.

   4.1.2.Thiết kế khuôn cắt phôi.

   4.2.Thiết kế khuôn dập thủy tĩnh.

   4.3.Chọn dầu thủy lực.

   4.4.Sơ đồ thủy lực.

Kết luận đề tài.

Tài liệu tham khảo.

Phụ lục.

LỜI NÓI ĐẦU

     Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì cơ khí nói chung và gia công áp lực nói riêng đã có những bước phát triển mạnh mẽ để theo kịp với sự phát triển của thời đại. Các yêu cầu về sản phẩm với các hình dạng khác nhau, các sản phẩm ngày càng đa dạng và phức tạp để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt, trong sản xuất oto, xe máy. Đã có rất nhiều phương pháp tạo hình kim loại ra đời và phát triển trải qua một thời kì dài như rèn, dập, đúc, cán... . Một trong các phương pháp tạo hình mới và có nhiều ưu điểm hiện nay đang được sử dụng rộng rãi đó là dập thủy tĩnh. Trong những năm gần đây,với việc nghiên cứu và phát triển công nghệ ngày càng hoàn thiện dập thủy tĩnh đã có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành oto như sản xuất khung gầm,ống xả, hệ thống điều hòa không khí… Với ưu điểm là có thể tạo hình được các sản phẩm dạng tấm và dạng ống với hình dạng phức tạp với độ chính xác cao nên dập thủy tĩnh hiện nay đang được coi trọng và có rất nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến phương pháp này trở nên hoàn chỉnh nhất

     Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày và bán kính góc lượn trong dập thủy tĩnh phôi tấm bằng mô phỏng số”. Nội dung của đề tài là tính toán thiết kế thiết bị sử dụng để gia công chi tiết phôi tấm cos hình dạng phức tạp bằng công nghệ dập thủy tĩnh và sử dụng mô phỏng số để xác định được ảnh hưởng của chiều dày trong dập thủy tĩnh phôi tấm có hình dạng phức tạp từ đó đưa ra được quy trình công nghệ hợp lí để cho ra được sản phẩm hoàn thiện với chất lượng tốt nhất.

     Trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng để hoàn thành nhiệm vụ được giao một cách tốt nhất. Với sự hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn em đã hoàn thành đồ án. Tuy không thể tránh khỏi những thiếu sót do kinh nghiệm còn yếu và đây là đề tài nghiên cứu khoa học đầu tiên cũng là đề tài tốt nghiệp.

     Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được hướng dẫn nhiệt tình của cô: …………….và các thầy trong bộ môn  gia công áp lực. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô !

                                                              ……..,Ngày......Tháng …..năm 20…..

                                                              Sinh viên thực hiện.

                                                                 …………………….

CHƯƠNG I. TỔNG QUANVỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH

1.1. Sự nghiên cứu và phát triển của công nghệ dập thủy tĩnh.

1.1.1.Công nghệ dập thủy tĩnh trên thế giới.

Ngày nay, nhiều nước trên Thế giới đang áp dụng có hiệu quả phương pháp sử dụng chất lỏng để gia công các chi tiết rỗng có hình phức tạp. ống xoắn, … Đặc điểm của phương pháp là sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao – môi trường gây biến dạng. Phôi ban đầu có thể là kim loại tấm, dạng ống hoặc tấm hàn. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này được bắt đầu từ những năm 60, song tới tận những năm 80 của thế kỷ 20 thì nó mới được nghiên cứu và áp dụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể. Tại hàng loạt các nước như Đức, Anh, Nhật, Mỹ, Pháp, Ý, Canada, Thụy Điển đã ứng dụng công nghệ tạo hình thủy tĩnh trong công nghiệp ôtô và hàng không. Nhiều hội nghị Quốc tế đã giới thiệu công nghệ này với sự tham gia của các thành viên là các hãng và tổ chức lớn. Tại hội nghị Quốc tế “ESAFORM 2003” ở thành phối Xalernơ (Italia) về công nghệ gia công kim loại thì phương pháp công nghệ thủy lực đã gây được sự chú ý lớn. Một trong số các chuyên gia nổi tiếng trong lĩnh vực tạo hình bằng thủy lực như giáo sư Clauxzighert người Đức nói “Công nghệ tạo hình thủy lực ngày nay là một trong các đề tài ý nghĩa nhất của công nghệ sản xuất”.

Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở trường Đại học Bách khoa Lêningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng hợp Quốc gia Sankt – Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng ở một số nhà máy của Liên Xô. Kết quả của các nghiên cứu này đã được đăng trong các công trình khoa học ở Nga và các nước khác …Tại Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành công và đưa vào áp dụng công nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng ôtô ở Đức và một số nước Châu Âu. Đã có 120 bài báo, 90 phát minh được công bố từ năm 1996 – 2003. Điều này đã chứng minh cho một khuynh hướng phát triển về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo hình thủy lực.

Hiện tại, ở trường Đại học Giao thông – Tây An (Trung Quốc) có hàng chục nghiên cứu sinh đang làm đề tài về dập thủy tĩnh. Chứng tỏ dập thủy tĩnh đang thu hút sự quan tâm chú ý trên toàn thế giới.

1.1.2. Công nghệ dập thủy tĩnh tại nước ta.

Hiện nay, công nghệ dập bằng chất lỏng đang trong giai đoạn tìm hiểu, phân tích ứng dụng và đã có những bước đầu ứng dụng thành công. Có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, cơ sở, luận án thạc sỹ cũng như hội nghị khoa học đã đề cập về lĩnh vực công nghệ này như đề tài “Sự phát triển của công nghệ dập thuỷ tĩnh và triển vọng ứng dụng trong công nghiệp ô tô” của PGS.TS.Phạm Văn Nghệ đăng tại Tạp chí cơ khí Việt Nam 2006/Số 110,đề tài KC.05.19 – “Nghiên cứu áp lực cao làm việc trong phôi ống” của Viện công nghệ Bộ Quốc phòng, đề tài KC.05.23 – “Dập thủy động các chi tiết dụng cụ dập thể tích” của trường ĐHBK-HN,   “Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết đối xứng trục” - Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7, Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình tạo hình các chi tiết không gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ - luận văn thạc sỹ tại ĐHBK-HN và Học viện KTQS,…

Thời điểm ngày nay, cơ khí ôtô và cơ khí giao thông vận tải được xác định là 1  trong 8 lĩnh vực ưu tiên phát triển của ngành cơ khí Việt Nam. Chất lượng các loại xe ôtô cũng như các phương tiện giao thong vận tải khác được lưu hành trên thị trường sẽ làm thay đổi bộ mặt xã hội, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân. Nghị quyết của Thủ tướng Chính phủ về “ Chiến lược phát triển của nhành cơ khí Việt Nam đến năm 2010 và tầm nhìn tới 2020” đã xác định được mục tiêu và các định hướng nhằm nâng cao khả năng sản xuất, áp dụng công nghệ tiên tiến và từng bước đáp ứng nhu cầu thị trường, nâng cao tỉ lệ nội địa hóa. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cũng như áp dụng công nghệ mới trong sản xuất chế tạo đòi hỏi sự quan tâm của các cấp, sự hợp tác và phát triển đồng bộ của các ngành. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài tạo hình bằng áp lực cao bên trong không chỉ là nhu cầu của chế tạo ôtô, xe máy mà còn có thể áp dụng trong các nghành khác nên có ý nghĩa lớn trong việc phát triển có khí nói chung.

Nếu căn cứ vào tốc độ phát triển của ngành cơ khí Việt Nam hiện nay thì nhiệm vụ chính phủ giao cho nghành cơ khí rất nặng nề. Tuy nhiên, hiện nay chúng ta có đầy đủ điều kiện để thực hiện thành công nhiệm vụ trên. Kinh nghiệm thế giới cho thấy, trong điều kiện hòa bình, kinh tế ổn định thì thời gian 10-20 năm đủ cho việc phát triển và đạt được nền kinh tế kĩ thuật tiên tiến.

Bảng 1. Chỉ tiêu phát triển cơ khí ô tô của Việt Nam đến 2010

Một trong các điều kiện thuận lợi là việc Nhà nước đã cải cách hành chính, đẩy mạnh phát triển kinh tế thị trường với các thành phần kinh tế khác nhau. Nhiều chính sách khuyến khích đầu tư sản xuất và nghiên cứu được ban hành. Việc chuẩn bị cho hội nhập với nền kinh tế thế giới và khu vực đang được xúc tiến mạnh mẽ. Tiếp thu và ứng dụng kĩ thuật tiên tiến trên thế giới cho việc phát triển nhanh nền kinh tế nước nhà cũng là 1 yếu tố quan trọng và điều kiện thuận lợi của ngành cơ khí. Tất nhiên, muốn trở thành 1 nước có nền kinh tế vững chắc với tiềm năng cao thì song song với giải pháp khác phải đầu tư cho nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ.

1.2. Một số phương pháp gia công sử dụng thủy lực.

1.2.1. Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical).

Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thông thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo ra sự bôi trơn thủy động. Có 2 cách tạo ra đối áp: chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn, khi đầu trượt đi xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp ; cách thứ 2 là bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất sẽ được điều khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp. Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày (tránh được hiện tượng mất ổn định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng bôi trơn luôn), phôi không tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều dày thành cũng đồng đều hơn.

Hình 1.1. Sơ đồ dập thủy cơ.

(Chất lỏng được bơm vào lòng cối, và như vậy ta có thể điều chỉnh tăng giảm áp suất chất lỏng qua một hệ thống van giảm áp.)

Phương pháp này đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp: ôtô, hàng không, gia dụng, công nghiệp dân dụng …tại các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Đức…

Hình 1. 2.  Các chi tiết trong ô tô

Hình 1. 3. Thùng đựng nhiên liệu

Hình 1. 4. Các chi tiết  khác.

1.2.2. Phương pháp dập bằng xung điện thủy lực(Electrohydraulic Forming).

Bản chất của quá trình dập bằng xung điện thủy lực là tác động của sóng va đập được gia tốc do sự phóng điện của các cung lửa điện trong chất lỏng, làm cho phôi biến dạng theo hình dạng của lòng cối cứng. Khi đó năng lượng xung điện cực mạnh biến thành năng lượng cơ học, gây ra sự biến dạng dẻo của phôi. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép biến dạng được các kim loại và hợp kim ít dẻo, khó biến dạng để nhận được các chi tiết có độ chính xác kích thước cao do biến dạng đàn hồi nhỏ; không yêu cầu phải sử dụng những thiết bị và khuôn hiện đại, to lớn, nặng nề và đắt tiền; có thể thực hiện biến dạng cục bộ các phôi rỗng bằng các xung hướng từ tâm phôi ra đường bao ngoài,…

Hình 1. 5. Sơ đồ dập xung điện thủy lực

Hình 1. 6. Các loại sản phẩm.

1.2.3.  Phương pháp dập thủy tĩnh ( Hydrostatic ).

Là quá trình dập vuốt bằng chày chất lỏng cối cứng. Phương pháp này sử dụng chất lỏng có áp suất cao để biến dạng tấm do đó không cần gia công chày và giảm được số nguyên công. Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn một số nhược điểm. Đó là sự chảy không ổn định của mặt bích phôi ở các phần khác nhau trên vành mép của chi tiết (khi dập có dịch chuyển mặt bích phôi). Điều này thể hiện ở dạng nhăn một phía của mặt bích phôi do nguyên nhân là sự không đồng đều của trở lực biến dạng ở mặt bích, và còn do sự không đồng đều của lực ma sát xuất hiện giữa mặt bích phôi và dụng cụ. Thứ 2 là lượng biến mỏng quá lớn và độ không đồng đều theo chiều dài của thành chi tiết là đáng kể, do đó làm giảm đáng kể chất lượng của chi tiết dập vì vậy nó cũng cho thấy khả năng công nghệ còn hạn chế.

Hình 1. 1. Sơ đồ dập thủy tĩnh

Hình 1.8. Chi tiết dạng nhánh chữ T và ống xiphong giảm chấn

Hình 1.9.Ống xả khí oto

Hình 1.10. Các chi tiết dạng ống

Hình 1.11. Các bộ phần khung xe oto

Hình 1.12. Phần khung xe đạp

Hình 1.13 Các chi tiết phức tạp được chế tạo từ phôi dạng tấm

1.2.4. Phân loại công nghệ dập thủy tĩnh.

Để phân loại công nghệ dập thủy tĩnh ta có thể dựa trên hai cách phân loại sau. Xét về bản chất môi trường ta có thể chia ra hai loại: Chất lỏng, hoặc chất khi. Sự khác biệt rõ nét nhất ở chất lỏng và chất khí đó là chất lỏng không nén được, còn chất khí có thể nén được. Một điểm khác biệt nữa là khi tăng nhiệt độ các phân tử khí va chạm vào nhau nhiều hơn dẫn đến độ nhớt tăng còn khi tăng nhiệt độ các phân tử chất lỏng tách xa nhau ra làm giảm lực liên kết dẫn đến độ nhớt giảm.

Chày hoặc cối làm bằng chất lỏng: chất lỏng ở đây có thể là nước, dầu,…Với chất lỏng bản chất là không nén được có nghĩa là áp suất được truyền nguyên vẹn theo mọi phương đến bề mặt của phôi. Hình dạng của chất lỏng được xác định bởi vật chứa nó nên có thể nói các hạt chất lỏng (thường là các phân tử) có thể chuyển động tự do trong khối chất lỏng, nhưng chúng tạo thành một bề mặt rõ ràng không nhất thiết phải giống với bình chứa. Không giống với chất khí, hình dạng của nó không khớp hoàn toàn với bình chứa. Chất lỏng thông thường có nhiệt độ sôi thấp cho nên khi dập thủy tĩnh bằng chất lỏng đồng nghĩa với việc dập nguội.

           Chày hoặc cối làm bằng chất khí: Bản chát của chất khí là nên được do vậy khi thể tích chứa chất khí thay đổi thì áp suất bên trong chất khí cũng thay đổi đồng nghĩa với việc áp lực gia công thay đổi. Ưu điểm của chất khí là nhẹ, ma sát ở nhiệt độ thường rất bé, khả năng tác dụng vào những lỗ hay hốc nhỏ. Hơn nữa với chất khi ta có thể gia công ở nhiệt độ cao hơn so với chất lỏng.

           Cách phân chia thứ hai dựa trên bản chất chày cối. Khác với phương pháp dập thông thường chày cứng côi cứng thì với phương pháp dập thủy tĩnh chỉ có mộ trong hai chi tiếp đó là cứng. Do đó ta chia ra hai loại :chày cứng cối mềm và chày mềm cối cứng.

         Với chày cứng cối mềm ít thông dụng hơn với khuôn được làm bằng chất lỏng ví dụ trong một vài nguyên công dập thủy tĩnh ngược.

         Với loại chày mềm cối cứng thì rất thông dụng. Chất lỏng được ép bởi một piston gây nên áp suất trong lỏng chất lỏng và nó được truyền tới bề mặt phôi làm phôi ép sát theo biên dạng của khuôn. Piston sẽ được dịch chuyển làm quá trình biến dạng nhanh và đều hơn. Chính vì sự thông dụng và ưu điểm của việc gia công bằng chày chất lỏng cối cứng mà ở đây ta sẽ nghiên cứu phương pháp đó.

1.2.5. Sự khác nhau giữa dập thủy tĩnh và dập vuốt thông thường.

Khác biệt lớn nhất giữa dập thủy tĩnh và dập vuốt thông thường đó là do tác dụng của đối áp làm thay đổi thành phần ứng suất biến dạng vì vậy mà khả năng biến dạng của vật liệu tăng lên.

Hình 1. 14. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng của dập vuốt thông thường

v Ưu nhược điểm của phương pháp công nghệ :

-Ưu điểm:

·        Giảm số lần dập,khả năng dập vuốt sâu tốt, tiết kiệm được số khuôn tạo hình.

·        Bề mặt chi tiết không bị trầy xước, chất lượng sản phẩm tốt hơn

·        Ma sát tiếp xúc thấp hơn và bôi trơn tốt hơn.

·        Chi tiết dập có độ chính xác cao, chất lượng bề mặt tốt, chất lượng sản phẩm ổn định.

·        Giảm mòn cho cối.

·        Tạo hình các chi tiết có kích thước lớn và phức tạp, không cần chày.

·        Hiệu quả kinh tế cao…

·        Thiết kế linh hoạt cao hơn.

·        Trọng lượng nhỏ hơn.

-Nhược điểm:

·        Cần có các hệ thống thủy lực tạo áp suất cao,hệ thống máy thủy lực.

·        Sự chảy không ổn định của mặt bích phôi ở các phần khác nhau trên vành mép của chi tiết(khi dập có sự dịch chuyển mặt bích)

·        Độ biến mỏng quá lớn và độ không đồng đều theo chiều dài thành chi tiết là đáng kể

1.3. Nguyên lí làm việc của dập thủy tĩnh.

Hình 1.15 : Sơ đồ nguyên lí

Nửa khuôn trên sẽ đi xuống ghép với khuôn dưới đảm bảo không có khe hở, khi đó chất lỏng áp suất cao sẽ được bơm vào trong phần không gian rỗng bằng bơm cao áp. Khi chất lỏng được bơm xuống nó sẽ điền đầy vào trong phần không gian rỗng đó,khi áp suất chất lỏng đạt đến 1 giá trị nhất định tùy thuộc vào chất liệu và độ dầy của tấm kim loại ta cần tạo hình thì tấm kim loại  bắt đầu được ép xuống. Do tính chất đặc biệt của chất lỏng là có hình dạng phụ thuộc và nơi chứa nó nên chất lỏng với áp suất cao này sẽ điền đầy hết phần không gian phía bên trong và ép sát tấm kim loại vào trong lòng cối. Do đó so với phương pháp dập vuốt thông thường thì dập thủy tĩnh tạo được ra các sản phẩm phức tạp hơn rất nhiều.

Các kết quả nghiên cứu phương pháp dập thủy tĩnh cho thấy có nhiều thông số ảnh hưởng tới quá trình biến dạng của vật liệu theo biên dạng của lòng cối như: áp suất chất lỏng trong lòng ống, lực dọc trục, hình dạng hình học cối, ma sát giữa bề mặt phôi và lòng cối. Việc tính toán  chính xác ảnh hưởng của các thông số này trong quá trình tạo hình rất khó khăn bằng phương pháp giải tích hoặc thực nghiệm. Chính vì vậy, nghiên cứu tính toán công nghệ dập thủy tĩnh hiện nay thường được thực hiện bằng phương pháp mô phỏng số.

Từ nguyên lí trên của dập thủy tĩnh ta sẽ thấy được ưu điểm của phương pháp dập thủy tĩnh :

-         Mức độ biến dạng của các phần biến dạng tốt hơn : Bằng cách đặt lực đều lên tấm kim loại, chất lỏng sẽ tạo hình tấm theo hình dạng của lòng khuôn. Trong quá trình này sự phân bố đều của chiều dầy tấm kim loại đạt được,cho phép mức độ biến dạng được tối đa. Hơn nữa tránh được sự thay đổi ứng suất đột ngột, điều này là một yếu tố đảm bảo được độ chính xác cao của chi tiết sau khi ra công,tránh được hiện tượng đàn hồi ngược.

-         Bề mặt sản phẩm có chất lượng tốt : Trong phương pháp dập thủy tĩnh thì bề mặt sản phẩm được biến dạng bằng chất lỏng không có sự tiếp xúc trực tiếp với công cụ tạo hình nào có thể làm ảnh hưởng đến bề mặt, sự tiếp xúc này chỉ xảy ra khi quá trình tạo hình đã xong khi đó sản phẩm mới tiếp xúc với bề mặt cối.

-         Sử dụng cho các loại vật liệu kĩ thuật đa dạng : Phương pháp này có thể được sử dụng cho tất cả các loại vật liệu dễ uốn,các vật liệu như thép tấm,thép không rỉ,hợp kim đặc biệt,nhôm đồng đồng thau,titan với sự tối ưu biến dạng có thể đạt được. Chiều dầy của các tấm kim loại từ 0.05 tới 6mm. Đặc biệt phương pháp này có ưu điểm là tạo hình tốt các tấm kim loại rất mỏng với chất lượng tốt mà các phương pháp tạo hình thông thường không làm được.

-         Tiết kiệm chi phí dụng cụ so với các phương pháp tạo hình khác : vì trong dập thủy tĩnh ta không cần chế tạo khuôn trên, việc tạo hình này do chất lỏng áp suất cao đảm nhiệm.

1.4. Thiết bị sử dụng trong dập thủy tĩnh.

Trong ngành gia công áp lực máy ép thủy lực được ứng dụng để thực hiện dập tấm, dập thủy cơ, dập thủy tĩnh, ép chảy….dể tạo ra các chi tiết như vỏ ôtô, xe máy, các thiết bị dân dụng khác.

      Máy ép thủy lực được ứng dụng rộng là do:

-      Điều chỉnh được hành trình làm việc và thực hiện dễ dàng

-      Kết cấu gọn nhẹ, làm việc êm, không gây va đập lớn như các máy cơ khí khác

-      Truyền được công suất cao, lực lớn nhờ các thiết bị đơn giản, đồng thời hoạt động có độ tin cậy cao.

Máy ép thủy lực là máy hoạt động hầu như theo tác dụng tĩnh. Nguyên lý làm việc của máy ép thủy lực dựa trên cơ sở của định luật Pascal. Máy làm việc với hành trình mềm dựa vào chất lỏng hoặc là dầu khoáng. Chất lỏng được bơm vào khoang trên xilanh với áp suất cao sẽ tạo ra áp lực đẩy piston mang đầu trượt đi xuống tạo lực ép để tạo hình sản phẩm. Sau khi dập xong chất lỏng được bơm vào buồng dưới xilanh tạo ra áp lực đẩy piston đi lên, kéo theo đầu trượt đi lên. Đồng thời với quá trình này thì chất lỏng được bơm vào xilanh đẩy để đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn kết thúc một quá trình dập

Phân loại máy ép thủy lực :

+ Theo chức năng công nghệ:

-      Máy dập tấm

-      Máy ép rèn dập thể tích

-      Máy ép chảy

-      Máy cắt đột liên hợp

-      Máy ép chuyên dụng

+ Phân loại theo hình dang khung máy ta có:

-      Khung máy dạng chữ C( thân hở )

-      Khung máy 2,4 trụ ( thân kín )

-      Khung máy dạng 2,4 cột ( thân kín )

          Một số loại máy ép thủy lực:

Hình 2.10 : Máy ép thủy lực hành trình đơn YT32 -1000

Hình 2.11 : Máy ép thủy lực hành trình kép YT28-100/160

Hình 2.12 : Máy ép thuỷ lực thân hở chữ C SLC-100C

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA

PHƯƠNG PHÁP DẬP THỦY TĨNH

2.1. Áp suất chất lỏng trong dập thủy tĩnh.

Áp suất chất lỏng là thông số chính và quan trọng nhất khi tạo hình vì thế nó có ảnh hưởng rất lớn tới cả quá trình.

2.1.1. Quá trình dập phôi phẳng bằng chày chất lỏng theo cối cứng được trình bày trên hình 3.1.

Hình 2.1. Sơ đồ dập phôi phẳng bằng chày chất lỏng, chày khí

Ở trường hợp này, khi vuốt phôi thì áp suất chất lỏng ở phía cối được giữ sao cho nhỏ hơn đối áp ở phía chày (qm< qn ) một lượng cần thiết cho sự biến dạng dẻo của phôi.

Việc sử dụng phương pháp dập có đối áp, sẽ giảm biến mỏng phần trung tâm của phôi do có sự thay đổi độ cong và giảm các ứng suất tác dụng ở vùng nguy hiểm là đáy của phôi,mặt khác tạo ra một sự dịch chuyển ổn định ở mặt bích phôi có tác dụng cân bằng các lực đối áp và do có tác dụng của nêm thủy động của chất lỏng ở phía cối dưới áp suất nhất định.

Tất cả những điều này đều hỗ trợ cho việc mở rộng các khả năng công nghệ và mở rộng phạm vi ứng dụng thực tế của quá trình.

Trên hình 3.2 trình bày sơ đồ quá trình dập vuốt bằng chất  có thêm áp suất thủy tĩnh ở trường hợp qn - qm > δs

Dập vuốt có thêm áp suất thủy tĩnh lớn hơn hoặc gần giới hạn biến dạng dẻo của vật liệu phôi đã gây ra sự quan tâm đặc biệt về mặt khoa học cũng như sản xuất, bởi các nguyên nhân sau đây:

Có các điều kiện chảy dẻo thuận lợi, do các ứng suất nén lớn được tạo ra bởi áp

suất thủy tĩnh cao.

Có khả năng điều khiển các biến dạng dẻo lớn theo hướng đã ổn định.

Hình 2.2.  Sơ đồ dập thủy tĩnh với áp suất cực cao (với q1> q2>= δs dập trên cối )

             Khi xem xét một cách toàn diện các khả năng công  nghệ của quá trình dập phôi phẳng chày đàn hồi, chày chất lỏng hoặc chất khí, ta cần phải phân biệt hai phương pháp thực hiện quá trình.

1. Dập vuốt không dịch chuyển mặt bích.

2. Dập vuốt có chuyển dịch mặt bích

Hình 2.3. Hai phương pháp thực hiện quá trìnhdập vuốt  bằng chày dẻo , chày chất lỏng hoặc chất khí theo cối cứng

A – Khi không dịch chuyển mặt bích

B  –  Khi dịch chuyển mặt bích

Quá trình dập vuốt bằng chày chất lỏng trong trường hợp tổng quát thì trên phôi có ngoại lực sau đây tác dụng(hình 4.10a)

Lực từ phía chày có trị số bằng tích của áp suất thủy tĩnh với diện tích hình chiếu ngang (theo x-x )của mặt phẳng tự do của phôi (hình 4.10a) có ý nghĩa là :

                                       (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 :

Po - Trở lự sát  biến dạng thể tích.

F2 - Lực ma sát do ép phần mặt bích của phôi.

F1 - Lực ma sát trên góc lượn miệng cối.

F1(q) - Lực ma sát do ép bổ sung phôi vào phần vê tròn của gân vuốt của cối, và vào phần mặt trong của phôi do áp suất môi trường mà áp suất này tăng trong quá trình vuốt.

P2 - Lực gây ra do uốn phôi quanh gân vuốt của cối.

Hình 2.4.  Sơ đồ lực tác dụng lên phôi cứng khi

dập vuốt phôi phẳng trên cối cứng

Trong quá trình dập vuốt, dưới tác dụng của lực này, phôi ở trong trạng thái biến dạng theo các hướng một cách phức tạp. Mặt bích của phôi dưới tác dụng của các ứng suất hướng tâm δt  và ứng suất nén tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng của nó; phần tự do của phôi bị phình ra dưới áp suất của chày cao su, đồng thời bị biến dạng dẻo với sự vuốt phẳng theo hai trục.

Việc vuốt phôi chỉ có thể xảy ra trong trường hợp nếu như lực từ phía chày Pq được xác định theo công thức (1), không gây việc phá hủy phần tự do không bị ép của phôi và đồng thời nếu như Pq trở nên lớn hơn tổng của tất cả các lực khác có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của mặt bích phôi khi dập vuốt, có nghĩa là:

(2)

Trong trường hợp khi lực của chày cao su tạo ra Pq nhỏ hơn tổng của tất cả các lực còn lại thì:

và sự biến dạng dẻo mặt bích phôi hầu như không xảy ra mà chỉ có phần tự do, không bị kẹp của phôi là bị biến dạng dưới tác dụng của sự vuốt theo hai trục.

Điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình dập vuốt phôi phẳng bằng chày chéo,chày chất lỏng hoặc chày khí có sự dịch chuyển phần mặt bích của phôi, là sự cân bằng giữa các lực chống lại sự biến dạng của mặt bích với khả năng “ chịu lực” của phần tự do của phôi (hình 3.3).

Điều kiện này có thể biểu diễn trong dạng phương trình

(3)     
         Như vậy sẽ được trình bày ở phần dưới, các số hạng б∂, бτ1, бτ2 và бτ(q) vế phải của bất đẳng thức phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ các kích thước của đường kính phôi D0 và đường kính chày Dm .Giá trị tới hạn  xác định vùng chuyển tiếp từ quá trình vuốt gần liền với biến dạng dẻo mặt bích phôi, chuyển sang quá trình làm phình phần tự do mà không có sự biến dạng dẻo của mặt bích.

Vì vậy , để xác định giá trị tới hạn  cần thiết phải biết khả năng “chịu tải” của phần tự do (không bị kẹp) của phôi dưới tác dụng của áp suất phân bố đều qn từ phía chày chất dẻo, chày chất lỏng hoặc chất khí khi đã giữ chặt mặt bích của phôi.

2.1.2. Dập vuốt không dịch chuyển phần mặt bích.

Cơ sở của quá trình:

Đầu tiên ta xét bài toán ở dạng tổng quát : Ta xét sự dập vuốt theo kiểu làm phình ra bằng chày dẻo, chất lỏng hay chất khí trên cối cứng để tạo hình gân nổi có độ cong kép R1 và R2 (hình 3.5). Để giảm nhẹ tính toán, ta chấp nhận một số giả thiết mà không làm ảnh hưởng tới tốc độ chính xác phép tính.

Các ứng suất chính  và  tác dụng trong mặt phẳng có các bán kính cong chính R1 và R2  được phân bố đều theo chiều dài của phôi. Phần vỏ được coi là không có mômen.

Lượng biến dạng   được phân bổ đều trong mặt phẳng có hai bán kính cong nhỏ, đồng thời ta cũng coi là đã biết kích thước ban đầu của phôi, biết hình dạng của chi tiết, các tính chất cơ học của vật liệu phôi.

Để xác định áp suất cần thiết  cho việc tạo hình dáng, ta tách ra một phần trừ abcd của thành chi tiết và xem xét cân bằng của nó dưới tác dụng của các nội lực và ngoại lực (hinh 3.5)

Do các đại lượng   và   là rất nhỏ, nên có thể coi chúng bằng và  và ta có: б1SiR2  + б2SiR1 = qR1R2

Hay là

                                                 (4)

Ta xác định các biến dạng chính theo ba hướng chính : hướng tiếp theo tuyến  hướng kinh tuyến  và hướng tâm . Giá trị trung bình của biến dạng tiếp tuyến tinh theo công thức (5):

                                              (6)

Hình 2.5. Minh họa sơ đồ lực tác dụng khi tạo hình gân nổi có độ cong kép

Sơ đồ tác dụng các loại lực

B. Sơ đồ cá ứng suất tác dụng lên phần tử của phôi.

Biến dạng ở hướng kinh tuyến  có thể xác định từ điều kiện môi liên hệ của lượng biến dạng và ứng suất ở vỏ trong trạng thái không có mômen [4].

   và     

Hình 2.6. Sơ đồ xác định độ biến dạng tiếp tuyến trung bình (a)

và các thông số vùng lõm chỏm cầu (b)

Ở đây:  -Hình chiếu của phần lồi trên mặt phẳng đứng.

L - Chu vi tiết diện phần tự do của chi tiết.

Biểu thức để xác định áp suất từ phía chày có thể viết dưới dạng:

                                       (7)

Π - Môđul đàn hồi

Hoặc là:

                 (8)       
Ở đây:

Công thức (8) nên đưa về dạng thuận tiện hơn:

                                                            (9)
N là thông số về áp suất cần thiết để làm phình (lồi):

-Với quy luật tăng bền tuyến tính.

             (10)
-Với quy luật tăng bền kiểu bậc thang:

                                             (11)

2.1.3. Dập vuốt có dịch chuyển mặt bích phôi.

* Cơ sở của quá trình:

 Khi biết áp suất mà phôi có thể nhận được, xuất phát từ điều kiện bền của phần trung tâm của phôi (phần tự do), ta có thể xác định tải chung  P∂ tác dụng lên phôi gây ra biến dạng dẻo thể tích của mặt bích б∂ gây uốn phôi quanh vuốt бz và dùng để thắng lực ma sát giữa phôi với các phần cứng của thiết bị dập F1, F2  và F1(q)

Thành phần ứng suất бa xuất hiện ở mặt cắt (a-a) trạng thái biến dạng dẻo thể tích, có thể được xác định theo công thức:

                               (12)

Với

Biểu thức để xác định thành phần ứng suất gây ra do sự chống lại lực ma sát giữa mặt bích và dụng cụ, có thể viết dưới dạng: (z-chiều dày của lớp).

                                   (13)

Thành phần ứng suất do ma sát của phôi với gân vuốt có thể xác định theo công thức.

                                          (14)

          Do sức cản trở do ma sát khi dập vuốt bằng phương pháp này có chiều hướng tăng lên trong quá trình vuốt:do tăng diện tích tiếp xúc của phôi với bề mặt trong của cối, và trong quá trình vuốt có tồn tại và gia tăng các lực ép bổ sung, ép phôi vào thành của cối bởi áp suất…từ phía chày. Áp suất này không có ý nghĩa lớn ở chế độ bôi trơn thủy động.

           Thành phần ứng suất do ma sát tiếp xúc giữa phôi với thành bên trong của cối (hình 2a) khi dập chi tiết có thành hình trụ, có thể xác định qua công thức:

                                                 (15)

             Thành phần ứng suất do uốn mặt bích quanh kính của cối có thể được xác định với độ chính xác khá cao từ biểu thức:

                                     (16)

             Sau khi thay các giá trị của các số hạng trong biểu thức (3) đối với điều kiện dập vuốt các chi tiết hình trụ,ta có:

                               (17)

Các thí nghiệm cho thấy rằng khi dập vuốt bằng chày chất lỏng thì phần nguy hiểm là phần đáy, chứ không phải là phần hình trụ của chi tiết dập như là ở trường hợp dập vuốt ở các khuôn dâp.

Từ đây suy ra rằng, dưới tác dụng của các áp suất cực đại có thể từ phía chày đối với phôi, thì ứng suất dập бd  không thể lớn hơn  (đối với vỏ mỏng có dạng cầu).

                                                                                                 (18)

      Khi này áp suất cần thiết để dập vuốt bằng  chày chất lỏng trường hợp có dịch chuyển mặt bích có thể được xác định theo công thức:

         (19)

Ở đây:

ν là hệ số Poisson;    η là hệ số cản.

2.2. Ứng suất chảy của vật liệu và khả năng biến dạng của tấm.

2.2.1. Giới thiệu chung.

Với mục đích tối ưu hóa các quá trình công nghệ và các quá trình thiết kế sản phẩm dập áp lực thủy tĩnh, công nghệ dập thủy tĩnh phải được cân nhắc kĩ lưỡng. Một trong các khâu là đặc tính cơ học của vật liệu có vai trò rất quan trọng vì nó cho phép xác định giới hạn biến dạng và chất lượng sản phẩm sau tạo hình. Ngoài việc cho phép mô phỏng số quá trình bằng phương pháp FEM nó còn cần thiết cho phép xác định ứng suất chảy của vật liệu tấm. Vì vậy để thiết kế công nghệ có hiệu quả cần phải thực hiện các vấn đề sau:

·        Xác định tính chất vật liệu chuyên dụng cho vật liệu tấm.

·        Xác định khả năng biến dạng của vật liệu tấm sử dụng trong công nghệ dập thủy tĩnh.

·        Phát triểm phương pháp kiểm tra chất lượng của ống được cung cấp trên thị trường.

2.2.2. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.

Trong trường hợp kéo và nén, ứng suất quy ước (hoặc định mức) e được tính như sau:

Trong trường hợp tổng quát này thì  là chiều dài ban đầu của mẫu thí nghiệm kéo, và l là chiều dài cuối cùng. Ứng suất quy ước S được tính theo công thức sau:

Trong đó  là tiết diện ban đầu của mẫu, L là tảo tác dụng.

Tốc độ biến dạng quy ước còn gọi là tốc độ biến dạng e được xác định như là tốc độ biến dạng và nó phụ thuộc vào tốc độ (m/s) quá trình thử biến dạng  (tốc độ dụng cụ). Tốc độ biến dạng được xác định như sau:

Trong đó v là tốc độ chuyển động dụng cụ.

2.2.3. Ứng suất thực, tốc độ biến dạng và biến dạng thực.

Ứng suất thực  được xác định như sau:

Trong đó A là tiết diện tức thời tương ứng với tải L. Biến dạng thực được xác định như sau:

Trong đó  là chiều dài ban đầu, l là chiều dài tức thời. Như vậy biến dạng thực có thể xem như hàm của biến dạng quy ước:

Đối với biến dạng nhỏ thì biến dạng thực có thể lấy bằng biến dạng quy ước, khi biến dạng lớn thì biến dạng thực và biến dạng quy ước sẽ khác nhau nhiều.

Tốc độ biến dạng thực được xác định như sau:

Trong đó v là tốc độ chuyển động của dụng cụ.

Trong tạo hình kim loại, tải và công ( tải x quãng đường) yêu cầu cho quá trình là thông số rất quan trọng, vì nó xác định công suất máy cho quá trình.

Tải và công phụ thuộc vào đặc tính cơ học của vật liệu và hình học của sản phẩm và phôi ban đầu. Chính vì vậy mà phương trình liên hệ giữa ứng suất thực và biến dạng thực là đặc biệt quan trọng trong phân tích nguyên công tạo hình kim loại.

2.2.3. Biến dạng kim loại tấm – Thử kéo đơn.

Khả năng biến dạng của kim loại tấm là đặc tính rất quan trọng của vật liệu và nói chung như là khả năng biến dạng của kim loại theo ý muốn vào các hốc khuôn mà không bị nứt hoặc xé rách. Giới hạn biến dạng phụ thuộc vào đặc tính vật liệu, chất bôi trơn, điều kiện bề mặt hình dáng cụ thể của hôc khuôn.

Thử kéo đơn được áp dụng để xác định đặc tính cơ học của kim loại. Tuy nhiên, các tính chất được xác định bằng phương pháp thử như vậy chủ yếu sử dụng cho thiết kế thành phần cấu trúc và không áp dụng cho quá trình sản xuất các chi tiết khi áp dụng công nghệ tạo hình. Nguyên nhân chính là số liệu thu được bằng thực nghiệm như vậy chỉ đúng với biên dạng nhỏ và ứng suất chảy trong tạo hình vật liệu phải đúng với biên dạng lớn.

Có 2 phương pháp thử kéo như hình vẽ 4.2. Trong giản đồ ứng suất biến dạng truyền thống H2,2a, ứng suất nhận được là tỉ số giữa lực tác dụng tức thời và diện tích tiết diện ban đầu A ( đường cong ứng suất biến dạng ). Đường cong ứng suất phụ thuộc vào biến dạng, trong đó biến dạng được xác định bằng tỉ số hieju chiều dài tức thời và chiều dài ban đầu chia cho chiều dài ban đầu. Trong quá trình biến dạng mẫu dài ra giống nhau. Lúc ban đầu, biến dạng nằm trong phạm vi đàn hồi, nghĩa là khi tháo tải thì mẫu trở về trạng thái ban đầu.Tại một giá trị biến dạng nào đó, vật liệu trở nên mềm dẻo (điểm dẻo), sau đó toàn bộ là biến dạng dẻo (H.4.3).

Khi vật liệu chịu tải lớn hơn so với giới hạn bền thì bắt đầu quá trình thắt ( H1.1 vầ 1.3), biến dạng không đều và bắt đầu tập trung tại chỗ có vết thắt xuất hiện. Trong quá trình thử ứng suất tiếp tục giảm đến khi vết nứt phá hủy xuất hiejn trong khu vực thắt. Biến dạng tại điểm phá hủy xác định khả năng (giới hạn) biến dạng của vật liệu. Thông thường 2 giá trị biểu thị khả năng biến dạng của vật liệu là độ giãn dài lớn nhất và độ co thắt phá hủy. Chúng được biểu thị theo công thức sau:

Hình 2.7. Số liệu thực nghiệm khi thử kéo:

(A) đường cong ứng suất-biến dạng;

(B) đường cong ứng suất biến dạng thực;

(C) sơ đồ thay đổi kích thước mẫu khi thử

(Thomsen E.G. 1965)

Độ giãn lớn nhất: (Tại điểm phá hủy) .

Độ thắt:(Tại điểm phá hủy) .

Trong đó:  và  là độ dài và diện tích tại thời điểm phá hủy.

Định nghĩa ứng suất và biến dạng cùng các kí hiệu đã biết, có thể tóm tắt như sau:

Ứng suất quy ước (hay định mức):

Biến dạng quy ước (định mức):

Ứng suất thực:

Biến dạng thực:

Hình 2.8. Các giai đoạn thử kéo đơn.

Đối với các biên dạng nhỏ thì bất cứ giá trị ứng suất kiểu nào, tức là ứng suất loại thực đều có thể sử dụng để tính toán vì các giá trị của chúng không khác nhau. Tuy vậy đối với trường hợp biến dạng lớn, chúng thường có trong gia công áp lực, thì phải tính theo ứng suất thực. Đường cong ứng suất-biến dạng được thể hiện trong hình 4.4.

Chú ý công thức  chỉ là 1 trong số rất nhiều công thức thể hiện mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng thực.

2.2.4. Giới hạn chảy.

Ứng suất chảy có thể coi là ứng suất tức thời. Để nắm được hành vi của vật liệu trong biến dạng 3 chiều, cần biết sự khác nhau của trạng thái ứng suất tức thời (ứng suất chảy) cần cho biến dạng dẻo tại tốc độ biến dạng đang xét:

.

Hình 2.9. (a) Đường cong ứng suất thực-biến dạng thực trong thử kéo.

(b)  Ứng suất thực-biến dạng thực trong tạo độ log-log.

Ứng suất chảy là hàm của nhiệt độ, biến dạng, tốc độ biến dạng và trạng thái cấu trúc vĩ mô.

: là nhiệt độ.

: là biến dạng.

: là tốc độ biến dạng.

S: là cấu trúc của vật liệu có tính đến lịch sử biến dạng và nhiệt luyện.

Hầu hết các vật liệu khi thử tại nhiệt độ trong phòng đều làm việc trong phạm vi biến cứng, và không bị ảnh hưởng bởi tốc độ biến dạng nhỏ, vì vậy tốc độ tải không xét tới.

Mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng gần đúng cho giới hạn biến dạng thường được bieru thị bằng phương trình hàm mũ như sau:

Trong đó: K- là môđun biến cứng.

                 n-là hệ số biến cứng.

Phương trình ứng suất chảy được minh họa như trong hình 1.4b. Độ dốc của đường cong trong hệ tọa độ log chính là n.

Từ biểu đồ trên hình 1.4b có thể nói rằng đối với biến dạng nhỏ đường cong xác đinh bằng thực nghiệm có thể không trùng với đường cong của phương trình ứng suất dẻo. Trong trường hợp như vậy các giá trị K và n có thể thay đổi, khác nhau đối với cường độ biến dạng khác nhau.

Các đường cong khác nhau tương ứng với các kĩ thuật xác định tương ứng được liệt kê như sau:

Trong đó:  C là hệ số bền, : là tốc độ biến dạng, m: chỉ số tốc độ biến dạng, còn a, b, c là những hằng số.

Cấu trúc vi mô của hạt kim loại có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng của kim loại biến dạng vào các hốc khuôn. Còn nguyên nhân chủ yếu của dị hướng mặt là ảnh hưởng của quá trình cán kim loại. Trong quá trình cán, các hạt kim loại được kéo dài ra theo hướng cán còn theo hướng chiều dày thì các thớ kim loại đó bó chặt lại và vì vậy tính bền của chúng khác nhau theo các hướng.

Trong quá trình thử kéo, chiều dày và chiều rộng giảm bằng lượng kéo dài. Tỉ lệ r là tỉ số giữa biến dạng rộng và biến dạng dày.

Trong đó  là biến dạng chiều rộng và là biến dạng chiều dày. Tỉ số này thường được sử dụng để đánh giá mức độ dị hướng và khả năng biến mỏng. Nếu tỉ số này bằng 1 thì vật liệu được coi là đẳng hướng, khi đó biến dạng theo chiều dày và chiều rộng là như nhau. Giá trị tỉ số r có thể dùng để đánh giá khả năng dập vuốt của thép tấm. Nếu vật liệu có tỉ số r cao thì có thể nói nó có khả năng chống biến mỏng, trong khi vật liệu có tỉ số r nhỏ thì không thể sử dụng trong tạo hình bằng phương pháp dập vuốt vì dễ biến mỏng dễ gây đứt và gãy.

·        Cường độ ứng suất

-Ứng suất dọc theo chiều trục z:

Ứng suất dọc trục phụ thuộc vào áp lực , bán kính tức thời  và chiều dày giãn phình

-Ứng suất giãn phình:

Ứng suất giãn phình  phụ thuộc vào áp lực trong , bán kính ống  và chiều dày nhỏ nhất . Cả 2 ứng suất  và  đều tăng khi tăng .

Cường độ ứng suất:

Cường độ ứng suất là hàm của ứng suất dọc trục z, ứng suất giãn phình. Phương trình này có được dựa vào điều kiện dẻo Von Mises khi thay thế các ứng suất dọc trục và giãn phình vào phương trình cường độ ứng suất.

·        Cường độ biến dạng.

-Biến dạng giãn phình:

Biến dạng giãn phình là hàm của bán kính tức thời  và bán kính ban đầu

-Biến dạng chiều dày:

Biến dạng chiều dày , là hàm của chiều dày tức thời và chiều dày ban đầu .

- Biến dạng theo chiều trục z:

Biến dạng theo chiều trục tính toán dựa vào các biến dạng giãn phình, chiều dày và quy luật về thể tích không đổi.

Cường độ biến dạng:

2.2.5. Lựa chọn vật liệu.

Biến dạng dẻo kim loại khi dập thuỷ tĩnh cũng tuân thủ các phương trình biến dạng dẻo cơ bản sau:

Phương trình vi phân cân bằng :

      (1)

     trên S1

       trên S2

Trong đó:   - tenxơ ứng suất Côsi;  - mật độ;    - gia tốc; - mật độ lực biên; - sức căng bề mặt;  - chuyển vị biên; - véctơ pháp của mặt biên hướng ngoài.

Phương trình cân bằng năng lượng có dạng:

Trong đó:  là vi phân của chuyển vị ứng với điều kiện biên.

Các quan hệ ứng suất và biến dạng cũng tuân thủ theo định luật Hook.

Để giải bài toán biến dạng khi dập thuỷ tĩnh, cần sử dụng thêm một số quan hệ thức sau:

Quy luật biến cứng theo hàm số mũ, nên, ứng suất chảy được tính:

                   (2)

Trong đó: - K hệ số độ bền, phụ thuốc vật liệu; n - hệ số biến cứng.

Ứng suất tương đương von Mises :

                        (3)

Ứng suất ma sát được tính theo ma sát Culông:

                     (4)

Điều kiện dẻo tuân theo quy luật:

                      (5)

Trong dập thuỷ lực có thể giải quyết được nhiều vần đề như áp lực dập, lực ép biên, biến dạng tới hạn.

  Vật liệu bị biến dạng và ứng suất tới hạn có thể tính theo công thức Gylient:

                  (5)      

Trong đó: p - áp suất thuỷ lực; d - hệ số dập vuốt; s - chiều dày phôi; r - bán kính cối.

Như vậy, ứng suất tới hạn để biến dạng tỷ lệ thuận với áp suất thuỷ lực, bán kính cối, hệ số dập vuốt và tỷ lệ nghịch với chiều dày phôi.

Trong bài toán dập tấm thường quan tâm xét cặp biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất. Biến dạng lớn nhất có thể được tính theo điều kiện dẻo và theo Swift [G] có thể xây dựng quan hệ biến dạng tương đương ep với tỷ lệ ứng suất α và biến dạng lớn nhất e1 với tỷ lệ biến dạng b.

               (6)

trong đó: ; n - hệ số biến cứng.

              (7)

trong đó:

Từ đó có thể xây dựng quan hệ:

                (8)

và                  (9)

các tính toán trên cho phép xác định các điều kiện biến dạng tới hạn.

Khi nghiên cứu, nhận thấy,  quan hệ giữa kích thước sản phẩm và áp lực khi dập thuỷ tĩnh tuân theo một quy luật nhất định và nằm trong một vùng nhất định. Như hình chỉ rõ, nếu các thông số hình học và áp lực nằm ở vùng trên, tấm kim loại sẽ bị nứt, nếu các thông số đó nằm ở vùng dưới tấm kim loại sẽ bị nhăn. Như vậy chỉ có vùng giữa kim loại biến dạng đồng đều và không gây khuyết tật.

Thông qua đó chúng ta có thể lựa chọn vật liệu và áp lực dập phù hợp theo êu cầu đề ra.Các tính chất của các loại thép tấm kết cấu và thép tấm hàn như độ bền uốn, bề kéo, tính dẻo và dị hướng cần được xác định. Lịch sử sản xuất của tấm có ảnh hưởng đến cơ tính như cán, hàn, nhiệt luyện cần phải theo dõi chặt chẽ. Yêu cầu về chất lượng của tấm như sau:

·        Độ giãn dài lớn.

·        Chỉ số biến cứng lớn.

·        Tính dị hướng thấp.

·        Tính chất cơ học và tính chất bề mặt các mối hàn giống kim loại nền.

·        Chất lượng bề mặt cao, đảm bảo giãn phình tự do.

·        Dung sai chiều dày, đường kính nhỏ.

2.3. Ảnh hưởng của ma sát và bôi trơn.

2.3.1. Ma sát và bôi trơn trong dập thủy tĩnh.

Để chế tạo thành công các chi tiết bằng phương pháp dập thủy tĩnh bởi áp lực cao bên trong, cần lựa chọ đúng các phôi và các quá trình liên quan đến hệ thống các thông số là cơ bản. Chất bôi trơn giữa phôi và dụng cụ, tính chất giữa các bề mặt quyết định loại ma sát và điều kiện ma sát. Các khâu bôi tron là rất quan trọng đặc biệt trong chế tạo các chi tiết phức tạp. Chính vì vậy bôi trơn không đúng giữa bề mặt phôi và khuôn có thể dẫn đếnnhăn, cong, biếng mỏng không đều và có thể dẫn đến vỡ trước thời gian mong muốn.

Sự am hiểu cơ bản về ma sát, độ mài mòn và chất bôi trơn trong dập thủy tĩnh còn trong giai đoạn phát triển vì công nghệ này tương đối mới. Sự hiểu biết hơn về ma sát, mài mòn và chất bôi trơn là rất quan trọng không chỉ trong tối ưu hóa mà còn cần thiết để xác định hệ số ma sát được sử dụng trong thiết kế phân tích và mô phỏng quá trình biến dạng.

Trong các quá trình tạo hình thông thường, ta quan sát thấy có 3 vùng ma sát: -vùng dẫn hướng, -vùng chuyển tiếp, -vùng giãn phình. Vì vậy sự khác nhau của dòng chảy, trạng thái ứng suất của 3 vùng bộc lộ trong các điều kiện ma sát khác nhau. Trong miền dẫn hướng, khuôn và phôi liên tục tiếp xúc trong suốt quá trình, biến dạng hạn chế bởi quá trình biến mỏng. Tuy vậy, vật liệu được đẩy vào trong vùng biến dạng bằng xi lanh dọc trục. Nhiều trường hợp cần kim loại chảy vào phần phình rộng. Chính vì vậy phụ thuộc vào hình dạng hình học, trong vùng dẫn hướng có thể tốc độ trượt giữa phôi và khuôn rất cao.

2.3.2. Các thông số ảnh hưởng đến ma sát trong dập thủy tĩnh.

Các thông số ảnh hưởng đến ma sát có thể chia làm 4 nhóm:

·        Nhóm 1. Các thông số của quá trình:

a. Ứng suất pháp tiếp xúc.

b. Độ lớn bề mặt.

c. Tốc độ trượt.

d. Nhiệt độ.

·        Nhóm 2: Chất bôi trơn.

a. Độ nhớt.

b. Độ bền chất nhớt.

c. Áp lực ổn định.

d. Nhiệt độ ổn định.

·        Nhóm 3: Dụng cụ.

a. Vật liệu

a. Trạng thái bề mặt.

c. Tính chất cơ học.

d. Các thông số hình học.

·        Nhóm 4: Phôi ống.

a. Vật liệu.

b. Trạng thái bề mặt.

c. Tính chất cơ học.

d. Các thông số hình học.

2.3.3. Các thông số của quá trình.

Các thông số ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn gồm ứng suất bề mặt, các bề mặt phát sinh, tốc độ trượt và nhiệt độ. Mức độ ảnh hưởng của các thông số này đối với ma sát là khác nhau phụ thuộc vào hình dạng phức tạp của chi tiết. Ví dụ quá trình tạo hình thủy tĩnh, có bề mặt tiếp xúc lớn đòi hỏi chất bôi trơn phải bám chặt vào phôi và cùng lúc đó có khả năng cho phép bề mặt giãn nỏ không bị gián đoạn. Tốc độ trượt cao có thể dẫn đến sự mỏi nhanh hơn của khuôn, vì vậy kết hợp giữa chất bôi trơn và lớp phủ khuôn là rất cần thiết. Trong trường hợp tạo hình áp lực cao, cần phải cẩn thận khi lựa chọn chất bôi trơn. Chất bôi trơn với lượng tăng them của áp lực sẽ là tốt nhất vì chúng chống lại tác dụng của áp lực bề mặt và nhiệt độ không bị vỡ. Tuy nhiên sự tăng áp có thể ảnh hưởng và tác động như quá trình hàn.

Vật liệu của ống và của khuôn có ảnh hưởng lớn đến độ mòn của khuôn. Sự kết hợp phủ khuôn và chất bôi trơn có thể kéo dài tuổi thọ của khuôn bằng cách giảm sức căng và chống mài mòn. Hình thái của khuôn và của phôi là khâu rất quan trọng để cân nhắc lựa chọn chất bôi trơn. Mặc dù vậy bề mặt bằng phẳng của ống sẽ có ích trong việc làm cho sản phẩm có chất lượng, thực tế cần có một độ thô nào đó của bề mặt để duy trì chất bôi trơn. Độ thô của bề mặt ảnh hưởng đến khả năng của ống bám chặt với chất bôi trơn:

-         Cho phép kim loại chảy đều không nứt hoặc đứt.

-         Khuôn và píttông có độ mòn nhỏ nhất.

-         Chất bôi trơn của các nguyên công uốn và tạo hình áp lực cao phải tương thích nhau.

-         Chất bôi trơn không bị trôi khỏi khuôn.

-         Chi tiết có thể hàn không phải làm sạch.

-         Chất bôi trơn phải dễ tách khỏi môi trường áp lực.

-         Chất bôi trơn phải tương thích với các loại hiện tại.

Cũng như các quá trình đã nghiên cứu kĩ như rèn và dập, trong công nghệ tạo hình thủy tĩnh các chất bôi trơn phải được kiểm tra, và thực tế nó chưa được phát triển mạnh. Điều đó liên quan đến lí do công nghệ dập áp lực cao bên trong là một công nghệ hoàn toàn mới. Các thí nghiệm về chất bôi trơn giúp kiểm tra các loại bôi trơn có sẵn trên thị trường và giúp các nhà sản xuất chất bôi trơn có được các chất tuân thủ các điều kiện và yêu cầu của công nghệ thủy tĩnh. Ngoài ra còn có nhu cầu xác định giá trị của hệ số ma sát cho quá trình mô phỏng và thiết kế.

Cách chắc chắn nhất để đánh giá chất bôi trơn cho quá trình tạo hình kim loại là thử trực tiếp trong các công đoạn công nghệ thực tế. Vì vậy, các biến đổi tương quan của các hàm phụ thuộc đường chất tải áp lực, tốc độ, hành trình dọc trục, vật liệu khuôn và ống, giống như áp lực bề mặt, tương ứng với điều kiện thực. Tuy nhiên, thử chất bôi trơn trong điều kiện sản xuất ở mức độ nhà máy là rất khó khăn và đắt đỏ. Thêm vào đó nếu không thực hiện tốt khâu thử chất bôi trơn thì chúng ảnh hưởng có hại đến chất lượng của phôi và khuôn. Vì vậy, kiểm tra thử các chất bôi trơn cần được thực hiện trong phòng thí nghiệm trước khi đưa vào thực tế sản xuất.

Vì tồn tại các điều kiện ma sát khác nhau trong các vùng khác nhau, để giảm độ ma sát trên bề mặt  có thể đòi hỏi đặc tính của ma sát khác nhau cho mỗi vùng và chất bôi trơn cần xuất hiện ở tất cả các vùng. Vì vậy nhằm có được các dữ liệu tổng hợp riêng của mỗi loại chất bôi trơn cần thiết phải có các phương pháp thử cho mỗi vùng riêng biệt.

Trong phương pháp thử chất bôi trơn vùng dẫn hướng, phôi ống phải được điền áp lực và được đẩy qua khuôn từ phía này sang phía khác. Lực cần thiết để đẩy phôi thông qua khuôn được đo bằng cảm biến đặt giữa chày thúc và phôi. Lực này gọi là lực ma sát . Vì có áp lực trong, áp lực pháp tuyến  xuất hiện và có thể đo hệ số ma sát theo phương trình sau:

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ NGHIÊN CỨUCÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH

3.1. Giới thiệu các phương pháp mô phỏng.

Các phương pháp mô phỏng đều nhằm mục đích nghiên cứu, phân tích và giải thích các quá trình xảy ra khi tạo hình vật liệu. Mô phỏng cho thấy được chính xác hơn quá trình công nghệ, qua đó người kỹ sư có thêm những hiểu biết, nhận xét đúng đắn để góp phần tìm ra các giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình sản xuất. Hiện tại có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả trong ngành Gia công áp lực là mô phỏng vật lý và mô phỏng số.

3.1.1. Mô phỏng vật lý.

Mô phỏng vật lý là một phương pháp thực nghiệm gián tiếp được sử dụng nghiên cứu quá trình biến dạng để quan sát và nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố công nghệ đến biến dạng. Phương pháp sử dụng một vật liệu tương tự, kích cỡ mô hình có thể nhỏ hơn, một số điều kiện khác được bỏ qua.

Phương pháp được sử dụng khi xác định các yếu tố công nghệ khi gia công áp lực một sản phẩm mới và sử dụng để dạy học trực quan. 

Khi tiến hành nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới quá trình rèn cục bộ dưới đầu búa phẳng một chi tiết hình trụ cần làm nhiều thí nghiệm. Để biểu diễn quá trình biến dạng với các điểm chảy phức tạp của vật liệu, đồng thời giảm giá thành và thời gian người ta không tiến hành thực nghiệm với những vật liệu thật theo tỷ lệ 1:1 mà thường là vật liệu mẫu như sáp hay plastic. Khuôn mô phỏng vật lý có thể làm bằng nhôm hoặc thậm chí là gỗ. Tuy nhiên, mô hình vật liệu thử nghiệm phải chọn sao cho chúng có thuộc tính chảy tương tự như vật liệu thực trong một khoảng nhiệt độ rộng và có các thông số cơ bản điều khiển được. Tuy nhiên mô phỏng vật lý chỉ giúp có được những đánh giá định hướng về phân bố dòng chảy của kim loại trong quá trình rèn mà không cho phép tính toán chính xác trạng thái trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình.

3.1.2. Mô phỏng số và công nghệ thực - ảo.

Khác với mô phỏng vật lý, mô phỏng số được thực hiện nhờ trợ giúp của máy tính:

Xây dựng mô hình hình học, đúng với hình dáng kích thước của khuôn, phôi liệu, chày cối;

Định nghĩa đúng vật liệu (đưa các thuộc tính vật liệu ) vào các đối tượng của mô hình đã dựng trên;

Sử dụng các thuật toán để tính toán quá trình biến dạng của vật liệu, theo các lý thuyết, các tính toán công nghệ đã được tiến hành trước đây (từ tất cả các cơ sở lý thuyết đến các kết quả nghiên cứu thực nghiệm). Các tính toán trên được đưa thành thuật toán máy tính, nhờ tích hợp thành các phần mềm tính toán với các công cụ tính toán hiện đại như phương pháp PTHH, sai phân hữu hạn, biến phân hoặc phần tử biên. Đồng thời sử dụng các phép giải bài toán phương trình vi phân, phương pháp tính, giải các bài toán tương tác, đa trường vật lý...

Khi thực hiện mô phỏng số, các giai đoạn thiết kế, hiệu chỉnh thiết kế được thực hiện trên máy tính, nên có khả năng tính toán với nhiều biến  khác nhau, đưa được đầy đủ các điều kiện biên, các thuộc tính vật lý vật liệu, kể cả các thuộc tính biến đổi theo các hàm nào đó.

            Theo phương pháp công nghệ truyền thống, để chế tạo một sản phẩm thì sau khi thiết kế phải tiến hành sản xuất thử. Khâu này thường phải làm đi làm lại nhiều lần cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu. Với phương pháp này việc thiết kế và  chế tạo khuôn lặp đi lặp lại nhiều lần, gây tốn kém về thời gian và tiền của. Với phương pháp “công nghệ ảo”, toàn bộ quá trình từ thiết kế, hiệu chỉnh đến đến tối ưu công nghệ được thực hiện trên máy tính. Mô hình của sản phẩm được dựng trên máy tính xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, sau đó tiến hành mô phỏng số quá trình nhằm tìm ra các thông số công nghệ tối ưu. Như vậy mô phỏng số góp phần giảm thời gian thiết kế, chi phí thử nghiệm và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3.1.3. Ứng dụng mô phỏng số trong dập thủy tĩnh.

            Hiện nay tại các nước công nghiệp phát triển có nhiều phần mềm chuyên dụng mô phỏng số nhằm tối ưu công nghệ tạo hình. Khả năng ứng dụng của các phần mềm này hết sức đa dạng và được ứng dụng nhằm phân tích bài toán đàn hồi hay bài các bài toán biến dạng dẻo lớn trong gia công áp lực. Bảng 2.1 tóm tắt một số phần mềm mô phỏng số được sử dụng rộng rãi cho nghiên cứu bài toán tạo hình vật liệu tấm.

 Giới thiệu về một số phần mềm mô phỏng.

3.1.4 Các bước tiến hành mô phỏng số bài toán tạo hình.

Hình 3.1. Các bước giải  bài toán bằng phương pháp FEM

3.2.Ứng dụng mô phỏng số nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình dập thủy tĩnh.

3.2.1.Chi tiết khảo sát và các thông số ban đầu.

v Chi tiết nghiên cứu :

Hình 3.2 : Bản vẽ chi tiết khảo sát

Hình 3.3 : Mô hình 3D của chi tiết

v Các thông số đầu vào ban đầu :

-         Chiều dày phôi : s = 0,8 mm

-         Đường kính phôi : D

-         Vật liệu : DX56D (lấy trong thư viện chuẩn của phần mềm AutoForm)

Dùng phần mềm ta đo được diện tích của chi tiết : F = 5094,35

ð D = = = 80,03 mm

ð Lấy D = 80 mm

-         Áp suất tạo hình : P = 800 at

-         Lực chặn :  = 60 at

-         Đối áp :  = 30 at

-         Thời gian tạo hình  : t = 10s

Hình 3.4 : Mô hình vật liệu khảo sát

v Mô hình hình học khảo sát :

Hình 3.5 : Mô hình hình học khảo sát

                                        Hình 3.6 : Mô hình chia lưới phần tử

v Kết quả tạo hình với các thông số ban đầu :

Hình 3.7 : Kết quả tạo hình chi tiết với thông số ban đầu

Hình 3.8 : Kết quả biến mỏng của phôi

          Dựa vào kết quả mô phỏng ta nhận thấy :

-         Chi tiết được tạo hình hoàn toàn theo kích thước yêu cầu

-         Chi tiết sau khi tạo hình không bị rách

-         Toàn bộ chi tiết đều nằm trông vùng an toàn,không có vùng nguy hiểm

-         Độ biến mỏng lớn nhất của chi tiết là : 0,2659 mm

3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày vật liệu.

       Để khảo sát ảnh hưởng của chiều dày vật liệu tới quá trình dập thủy tĩnh ta cố định các thông số :

-         Áp suất tạo hình : P = 800 at

-         Lực chặn :  = 60 at

-         Đối áp :  = 30 at

-         Thời gian tạo hình  : t = 10s

Ta thay đổi chiều dày lần lượt từ  : 0,2 mm  1,4 mm với  = 0,2 mm

v Với s = 0,2 mm :

 Nhận xét :

-         Chi tiết không được tạo hình theo kích thước yêu cầu

-         Khi s = 0,2 thì phôi bị kéo vào lòng cối không đều

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,1465 mm

v Với s = 0,4 mm :

    Nhận xét :

-         Với s = 0,4 ta thấy chi tiết được tạo hình đạt kích thước yêu cầu

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,1926 mm

v Với s = 0,6 mm :

Nhận xét :

-         Chi tiết tạo hình đạt kích thước yêu cầu

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,2332 mm

v Với s = 1 mm :

    Nhận xét :

-         Chi tiết tạo hình chưa đạt đủ kích thước

-         Xuất hiện hiện tượng rách ở đáy

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,2991 mm

v Với s = 1,2 mm :

     Nhận xét :

-         Chi tiết tạo hình không đạt kích thước

-         Xuất hiện vùng rách lớn hơn

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,3139 mm

v Với s = 1,4 mm :

    Nhận xét :

-         Chi tiết tạo hình không đạt yêu cầu

-         Vùng rách nhỏ hơn so với s = 1,2 mm

-         Độ biến mỏng lớn nhất : 0,3117 mm

v Đồ thị và kết luận :

Hình 3.9 : Đồ thị biến mỏng phụ thuộc vào chiều dày

     Kết luận :

-         Ta nhận thấy phôi càng dày thì độ biến mỏng càng lớn

-         Khi chiều dày phôi tăng lên thì tạo hình chi tiết khó hơn,dễ xuất hiện hiện tượng rách ở đáy sản phẩm

-         Khi chiều dày phôi quá mỏng thì phôi bị kéo vào lòng cối không đồng đều

-         Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được khoảng tạo hình đối với vật liệu đã chọn

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của bán kính góc lượn.

         Để khảo sát ảnh hưởng của bán kính góc lượn tới quá trình dập thủy tĩnh ta cố định các thông số :

-         Áp suất tạo hình : P = 800 at

-         Lực chặn :  = 60 at

-         Đối áp :  = 30 at

-         Thời gian tạo hình  : t = 10s

-         Chiều dày phôi : s = 0,8 mm

-         Vật liệu DX56D

Ta thay đổi bán kính góc lượn của cối lần lượt  : R1,R2,R3,R4,R5

v Với R1 :

 Với R1 ta thấy sản phẩm bị rách ở đáy,vành phôi lớn,độ biến mỏng lớn nhất : 0,5050 mm

v Với R2 :

Với R2 ta thấy vùng rách ít hơn so với R1,vành phôi nhỏ hơn,độ biến mỏng lớn nhất : 0,2659 mm

v Với R3 :

Với R3 ta thấy không còn vùng rách,độ biến mỏng phôi lớn nhất : 0,2659 mm

v Với R4 :

Với R4 không xuất hiện vùng rách,độ biến mỏng lớn nhất : 0,2399 mm

v Với R5 :

Với R5 không xuất hiện vùng rách, độ biến mỏng lớn nhất : 0,2244 mm

v Đồ thị và kết luận :

     Kết luận :

-         Khi bán kính góc lượn tăng lên thì chi tiết được tạo hình dễ dàng hơn

-         Khi bán kính góc lượn quá nhỏ thì sản phẩm tạo hình bị rách đáy

-         Khi bán kính góc lượn lớn sản phảm tạo hình dễ dàng,phôi được kéo vào long cối dễ dàng hơn

-         Qua đó ta có thể lựa chọn được bán kính góc lượn hợp lý để tạo hình sản phẩm phù hợp với yêu cầu

CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ KHUÔN

THỰC NGHIỆM KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

4.1.Thiết kế khuôn cắt phôi.

4.1.1. Xác định lực cắt.

Lực cắt:

Trong đó:

 : Hệ số kể đến những yếu tố ảnh hưởng do trong quá trình cắt chày và cối bị mòn. k = 1.3.

         L: Chu vi của phôi sau khi cắt.

         S: Chiều dày phôi. S = 1 mm

: Trở lực cắt của vật liệu. =S.

=>

Lực gỡ phế liệu ra khỏi chày:   =0,06 .16,96 = 1,018 (T)

Lực đẩy phôi ra khỏi cối:           P_d =2.P_g = 2.1,018 = 2,036 (T)

Lực chặn: Q = q.F

                q: áp lực chặn riêng; q = 2Mpa

                F: diện tích phần phôi tiếp xúc với chặn:

Lực công nghệ:      P_cn =P_c +  P_d + Q = 16,96 + 2,036 + 0,612 = 19,608 (T)

= > Ta cắt phôi trên máy ép trục khuỷu 35 tấn

4.1.2.Thiết kế khuôn cắt phôi.

Hình 4.1 : Sơ đồ khuôn cắt phôi

4.2. Thiết kế khuôn dập thủy tĩnh.

-               Xét về mặt cấu trúc khuôn, thì khuôn đập thủy tĩnh thuộc dạng khuôn đơn giản. Việc không cần chế tạo chày đã tiết kiệm được rất lớn nguyên công và chi phí trong quá trình làm khuôn.

-         Nhưng đặc điểm quan trọng của khuôn thủy tĩnh không nằm ở độ phức tạp của chày cối,  mà nằm ở khả năng đảm bảo độ kín khít trong quá trình đóng khuôn và quá trình dập, từ đó có thể đảm bảo được áp suất dập không bị sụt trong khi tạo hình sản phẩm. Đây là một vấn đề rất khó khăn trong việc chế tạo khuôn, vì đảm bảo được độ kín khít cho khuôn trong khả năng thực tế sản xuất thực nghiệm ở nước ta là điều tương đối phức tạp.

-         Để đảm bảo khuôn được đóng kín ta sử dụng gân ăn khớp trên bề mặt áo khuôn va sử dụng gioăng cao su chịu dầu để đảm bảo độ kín khít cho khuôn.

-         Phần chịu áp suất làm việc phải đảm bảo độ bền theo yêu cầu đối với tiêu chuẩn khuôn vì thế ta sử dụng vật liệu chế tạo khuôn SKD11.

-         Bề mặt chặn phôi được gia công phẳng và có độ bóng cao.

Hình 4.2 : Sơ đồ khuôn dập thủy tĩnh

v Với áp suất dập 800at = 80 Mp ta sảu dụng máy ép thủy lực 125 tấn để tiến hành thực nghiệm.

Hình 4.3 : Máy ép thủy lực 125 tấn

4.3. Chọn dầu thủy lực.

   Hoạt động của nhiều máy móc công nghiệp được điều khiển bởi hệ thống thủy lực (hydraulic system), một hệ thống sử dụng chất lỏng để truyền áp lực. Thông thường, dầu bôi trơn và đôi khi nước được sử dụng để truyền áp suất. Dầu bôi trơn không chỉ có tác dụng truyền áp suất và điều khiển dòng chảy mà còn tối thiểu hóa lực ma sát và sự mài mòn của những phần chuyển động và bảo vệ bề mặt kim loại không bị rỉ sét.

Hoạt động thủy lực dựa trên phát hiện của Pascal rằng áp suất trong chất lỏng giống nhau trong mọi hướng và giống như một đòn bẩy thủy lực. Như hình bên dưới, vật nặng 5 kg với 1 piston 10 cm² sinh ra 1 áp suất 49 kPa (7.1 psi) khi truyền sang một piston 100 cm² làm piston đó có thể nâng được một vật nặng 50 kg. Khi diễn ra sự chuyển động, piston nhỏ phải chuyển động 10 cm để đẩy piston lớn đi 1 cm.

Thành phần lớn nhất của dầu thủy lực là dầu khoáng được thêm phụ gia để đạt một số tiêu chuẩn đặc biệt. Dầu thủy lực chống mài mòn (Antiwear hydraulic fluid) là lượng dầu thủy lực lớn nhất được sử dụng, chiếm khoảng 80%. Mặt khác, nhu cầu cho dầu chống cháy (fire-resistant fluid) chỉ khoảng 5% tổng thị trường dầu công nghiệp. Dầu chống cháy được phân loại thành dầu nền nước (high water-base fluid), nước trong dầu, glycol và phosphate ester. nhũ tương. Các loại dầu thủy lực gồm:

v Dầu khoáng thủy lực

Dầu khoáng là lý tưởng nhất dùng cho hầu hết các hệ thống thủy lực bởi vì bản thân chúng là những dầu thủy lực xuất sắc. Dầu khoáng có chỉ số độ nhớt cao (high viscosity index – VI) có thể sử dụng trong một khoảng rộng độ nhớt. Thông thường, những sản phẩm độ nhớt cao đặc biệt phù hợp để sử dụng ở điều kiện nhiệt độ thấp. Tất cả dầu đều chứa phụ gia, ví dụ như chống oxide hóa, chống rỉ sét và chống mài mòn. Trong trường hợp phụ gia đã được tiêu thụ hoặc mất đi trong quá trình hoạt động thì những loại dầu này vẫn tiếp tục được sử dụng hiệu quả trong một thời gian dài nữa. Dầu này được xử lý cẩn thận để có khả năng tách nước và chống tạo bọt tốt. Vì khả năng chống oxide hóa cao, những tính chất này được duy trì trong thời gian dài hoạt động.

v Dầu nhờn.

Gần như tất cả dầu nhờn trên thế giới được làm từ phân đoạn có độ nhớt cao của dầu thô sau khi đã tách gas oil (diesel oil) và những phần nhẹ hơn bằng chưng cất. Tuy nhiên, dầu thô từ những vùng khác nhau trên thế giới sẽ có tính chất và hình thức khác nhau, mặc dù thành phần nguyên tố không khác nhau nhiều.Hai loại dầu nhờn có cùng độ nhớt được liệt kê ở bảng sau. Một loại dầu được làm từ cycloparaffinic, ví dụ napthenic – dầu thô không chứa sáp và có điểm chảy thấp (-46^oC). Ngược lại, loại dầu paraffinic cần phải loại sáp để giảm điểm chảy từ +27^oC thành -18^oC. Mặc dù cả hai loại có cùng độ nhớt ở 38^oC, độ nhớt của dầu cycloparaffinic chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ hơn dầu paraffinic. Điều này được thể hiện qua chỉ số độ nhớt của dầu cycloparaffinic thấp hơn. Dầu cycloparaffinic ít được ưa chuộng khi dùng cho những sản phẩm hoạt động ở một khoảng rộng nhiệt độ, ví dụ như dầu động cơ ô tô.

v Dầu thủy lực chống cháy

Bốn loại dầu thủy thực chống cháy được liệt kê như bên dưới. Trong đó, tính chống cháy của 3 loại có được vì chúng chứa một lượng nước phù hợp để làm mát và bao phủ những vật liệu cháy.

v Các loại dầu tổng hợp

v Hydrocarbons

Hydrocarbons tổng hợp là dầu gốc tổng hợp phổ biến nhất. Đây là những hydrocarbon tinh khiết và được sản xuất từ nguyên liệu dẫn xuất từ dầu thô. Có 3 loại được sử dụng: olefin oligomer, alkylated aromatics và polybutene. Những loại khác như những hợp chất vòng no (cycloaliphatic) cũng được sử dụng với lượng nhỏ trong những ứng dụng đặc biệt.
Olefin Oligomers.
     Olefin Oligomer được tạo thành bằng cách kết hợp một chất có khối lượng phân tử thấp, thường là ethylene, với một olefin đặc biệt để oligomer hóa thành một loại dầu bôi trơn. Trong quá trình oligomer hóa, một số phân tử kết hợp lại với nhau để kết thúc phản ứng. Do đó, sản phẩm có thể được hình thành với nhiều loại phân tử lượng khác nhau và đáp ứng được một khoảng rộng yêu cầu về độ nhớt.
Alkylated Aromatics (Hợp chất thơm được alkyl hóa)
     Quá trình alkyl hóa kết nối những nhóm alkyl mạch thẳng hoặc nhánh với một chất   thơm, thường là benzene. Thường thì những nhóm alkyl được sử dụng chứa từ 10-14 nguyên tử carbon và có cấu trúc paraffin bình thường. Tính chất của sản phẩm có thể được thay đổi bằng cách thay đổi cấu trúc và vị trí của nhóm alkyl.
Dialkylated benzene là một điển hình được dùng như một loại dầu bôi trơn.
Polybutene
    Polybutene được sản xuất bằng cách polymer hóa butane và isobutene (isobutylene). Những chất có phân tử lượng thấp trong quá trình này được sử dụng làm dầu bôi trơn, trong khi những chất có phân tử lượng lớn được sử dụng làm chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VI Improver) và chất làm đặc (thickener). Polybutene được sử dụng làm dầu bôi trơn có chỉ số độ nhớt từ 70-110. Trên khoảng nhiệt độ phân hủy (khoảng 288^oC), sản phẩm sẽ phân hủy hoàn toàn thành các chất khí.
Vòng no (Cycloaliphatic)
    Vòng no tổng hợp thông thường không được dùng như là dầu thủy lực. Vòng no được tổng hợp để sử dụng làm dầu kéo (traction lubricant) vì dưới áp lực cao, chúng có hệ số kéo cao và độ bền tốt. Một vòng no điển hình được sử dụng như là một dầu kéo tổng hợp là 2,3-dicyclohexyl-2,3-dimethylbutane C₁₈H_34.

4.4. Sơ đồ thủy lực.

1 : Bơm áp suất                              5 : Van             

   2 : Bơm lưu lượng                         6 : Van tràn

   3 : Van điều khiển                         7 : Xi lanh tạo áp suất dập

   4 : Xi lanh tạo đối áp      

KẾT LUẬN ĐỀ TÀI

Phương pháp dập thuỷ tĩnh - dưới tác dụng của môi trường chất lỏng kết hợp với dụng cụ biến dạng - đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo hình của vật liệu theo hướng mong muốn. Nhờ những ưu điểm nổi bật của phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo những chi tiết có hình dáng phức tạp và những chi tiết làm từ những vật liệu khó biến dạng trong công nghiệp ôtô, quốc phòng ở các nước công nghiệp phát triển. Phương pháp này mới bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam, phương pháp dập thủy tĩnh có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng cần quan tâm, chính vì thế trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em đã cố gắng khai thác sử dụng các phần mềm để tính toán, mô phỏng đưa ra các thông số đó, phục vụ cho các việc sản xuất thực tế.

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát trong dập thủy tĩnh em đã thực hiện được những nội dung sau :

+ Nghiên cứu và tìm hiểu tổng quan  về phương pháp dập thủy tĩnh, qua đó thấy được các ưu khuyết điểm của công nghệ dập thủy tĩnh từ  đó thấy được ứng dụng của nó trong các ngành sản xuất oto, công nghiệp quốc phòng, đồ gia dụng … . Đồ án cũng đã nghiên cứu tìm hiểu về bản chất của phương pháp, cơ chế và đặc điêm biến dạng của kim loại trong điều kiện chịu nén thủy tĩnh áp suất cao.

+ Thiết kế các kết cấu khuôn cắt và khuôn dập thủy tĩnh, thiết kế máy dập thủy tĩnh.

+ Đi sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày vật liệu và bán kính góc lượn cối trong quá trình dập thủy tĩnh, sự biến mỏng của sản phẩm khi chiều dày phôi và bán kính góc lượn thay đổi.

+ Sử dụng phần mềm Autoform để mô phỏng quá trình dập thủy tĩnh.

HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI

Từ những kết quả đã đạt được và những gì chưa đạt được em rút ra hướng phát triển của đề tài như sau:

-  Tối ưu các thông số công nghệ,tìm ra được miền làm việc tối ưu cho các sản phẩm có biên dạng phức tạp hơn,khó tạo hình hơn với cùng vật liệu.

-  Chọn lựa và thay thế các loại vật liệu khác,xây dựng được miền làm việc cho các loại vật liệu này.

-  Ứng dụng sản xuất hàng loạt một loại sản phẩm thực tế bằng phương pháp này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Công nghệ dập thủy tĩnh- PGS.TS Phạm Văn Nghệ.

 NXB ĐH Bách Khoa Hà Nội2006.

[2]. Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại –PGS.TSKH Nguyễn Tất Tiến

 Nhà xuất bản ĐH  Bách Khoa, Hà nội.

[3]. Lý thuyết dập tạo hình - PGS.TS. Nguyễn Minh Vũ, PGS.TSKH. Nguyễn Tất Tiến, TS. Nguyễn Đắc Trung.

  Nhà xuất bản ĐH Bách Khoa, Hà nội.

[4]. Ma sát và bôi trơn trong gia công áp lực -PGS.TS Phạm Văn Nghệ,Nguyễn Như Huynh.

NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội – 2005

[5]. Sự phát triển của công nghệ dập thuỷ tĩnh và triển vọng ứng dụng trong công nghiệp ô tô . PGS.TS Phạm Văn Nghệ .

Tạp chí cơ khí Việt Nam 2006/Số 110

[6]. Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết đối xứng trục-  PGS.TS Phạm Văn Nghệ, TS Nguyễn Đắc Trung.

Hội nghị toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ bảy, 2004.

[7]. Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm. GVC Nguyễn Mậu Đằng.

NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.2006

[8]. Vật liệu học. Lê Công Dưỡng.

 NXB khoa học và kỹ thuật.

[9]. Dynaform 5.6_Application_Manual_EN

[10]. Ls-dyna_theory_manual_2006

[11]. Dynaform 5.6_Training_S_Rail_EN

[12]. Dynaform 5.6_User_Manual_EN

[13]. Nguồn Internet với từ khóa.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"