Trong công nghệ dập thủy cơ, áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi có vai trò hết sức quan trọng đến quá trình tạo hình. Bài báo sử dụng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi đến sự phân bố chiều dày thành chi tiết côn khi dập thủy cơ. Dựa trên các kết quả mô phỏng, các tác giả đã tiến hành dập thử nghiệm và cho kết quả nghiên cứu đảm bảo tin cậy

Kiều Văn Tuấn

Lê Trọng Tấn

Lại Đăng Giang

Đào Văn Lưu

English

Journal of Science and Technique

    Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    45 NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHIỀU DÀY THÀNH CHI TIẾT CÔN KHI DẬP TẠO HÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CƠ  Lê Trọng Tấn1,, Lại Đăng Giang1,  Đào Văn Lưu1, Kiều Văn Tuấn2 1Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn; 2Tổng cục CNQP Tóm tắt Trong công nghệ dập thủy cơ, áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi có vai trò hết sức quan trọng đến quá trình tạo hình. Bài báo sử dụng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi đến sự phân bố chiều dày thành chi tiết côn khi dập thủy cơ. Dựa trên các kết quả mô phỏng, các tác giả đã tiến hành dập thử nghiệm và cho kết quả nghiên cứu đảm bảo tin cậy. Từ khóa: Dập vuốt thủy cơ; áp lực chất lỏng; áp lực ép biên; chiều dày thành; chi tiết côn. 1. Đặt vấn đề Trong tạo hình kim loại tấm, các chi tiết dạng côn mặc dù không phức tạp về mặt hình dạng nhưng lại khó khăn về công nghệ tạo hình. Điều này là do diện tích tiếp xúc ban đầu giữa chày và phôi nhỏ, vùng diện tích phôi tự do giữa chày và vành cối lớn làm cho phôi dễ mất ổn định dẫn đến xuất hiện nhăn. Hơn nữa, ứng suất tập trung xung quanh mép chày làm tăng nguy cơ phá hủy vật liệu [1, 2]. Để tạo hình các chi tiết dạng này thông thường sử dụng các phương pháp khác nhau như: dập qua nhiều bước, miết, dập nổ. Dập thủy cơ (Hình 1) là một trong những phương pháp gia công tiên tiến đã được ứng dụng tạo hình chi tiết dạng côn trong công nghiệp ô tô, hàng không, dân dụng. Phương pháp này đã thể hiện tính ưu việt không những về công nghệ mà còn về chất lượng sản phẩm.   Hình 1. Dập thủy cơ chi tiết côn                                                   Email: tan.letrong82@gmail.com     Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    46 Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dập thủy cơ vật liệu tấm. Để tạo hình thành công chi tiết và nâng cao chất lượng sản phẩm đòi hỏi phải có một chế độ công nghệ hợp lý. Áp lực ép biên qeb và chiều dày tương đối của phôi Δs là một trong những yếu tố cơ bản có ảnh hưởng đến mức độ thay đổi và phân bố chiều dày thành chi tiết. Nhìn chung, mức độ thay đổi chiều dày càng ít, sự phân bố chiều dày thành càng đồng đều thì chất lượng sản phẩm càng tốt và ngược lại. Trong bài báo này, các tác giả tập trung khảo sát ảnh hưởng của áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi đến sự thay đổi chiều dày thành sản phẩm sau tạo hình chi tiết dạng côn bằng phương pháp dập thủy cơ. 2. Cơ sở lý thuyết Áp lực ép biên có ảnh hưởng quan trọng đến hiện tượng nhăn, biến mỏng và rách của sản phẩm. Theo [1], sự biến mỏng và sự phân bố chiều dày thành sản phẩm được cải thiện rất nhiều khi điều khiển hợp lý áp lực ép biên. Theo [6] áp lực ép biên tối ưu được tính theo công thức: 0( ) 0,093(0,1 ) 1 100eb tu bpSq tg mD        (1) trong đó: minpdmD - hệ số dập vuốt; dmin - đường kính đáy nhỏ của chi tiết côn, mm; Dp - đường kính phôi, mm; S0 - chiều dày phôi, mm; α - góc côn, độ; σb - giới hạn bền của vật liệu phôi, MPa. Chiều dày vật liệu phôi cũng là một yếu tố có ảnh hưởng rất mạnh đến quá trình công nghệ và chất lượng sản phẩm. Về quan hệ giữa chiều dày vật liệu phôi với áp lực chất lỏng tạo hình và sự phân bố chiều dày thành sản phẩm, các nghiên cứu chỉ ra rằng khi chiều dày vật liệu tăng thì áp lực tối thiểu để tạo hình cũng tăng và mức độ biến mỏng chiều dày thành chi tiết càng lớn [4, 5, 6]. Theo [6], chiều dày thành sản phẩm được xác định theo công thức: 1112ii i iiaS Sa     (2) trong đó: Si - chiều dày chi tiết ở bước dập thứ i, mm; Si-1 - chiều dày thành chi tiết ở bước thứ i-1, mm; ia , σρ - ứng suất theo hướng kính, σθ - ứng suất theo hướng     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    47 tiếp; 22 1-12 sind ii ipR htgh tgR      ; Rp - bán kính phôi, mm; Rd - bán kính đáy chi tiết, mm; hi - chiều cao dập ở bước thứ i, mm. 3. Nghiên cứu mô phỏng số 3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng Để khảo sát ảnh hưởng của áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi đến sự thay đổi chiều dày thành sản phẩm khi tạo hình bằng phương pháp thủy cơ, tác giả sử dụng mô hình chi tiết dạng côn như hình 2a.  a) b) c) Hình 2. Chi tiết dập (a), mô hình vật liệu (b), mô hình mô phỏng (c) Sử dụng phần mềm Eta/DynaForm để tiến hành mô phỏng quá trình. Do chi tiết có dạng côn tròn xoay nên để giảm bớt thời gian mô phỏng, các tác giả sử dụng mô hình mô phỏng như hình 2c. Vật liệu mô phỏng được sử dụng là thép mềm DQSK, tương đương thép 08KП, có mô hình như hình 2b. Thực hiện khảo sát 3 loại chiều dày tương đối của phôi (Δs = so/Dp, %) là 0,8%; 1,0% và 1,2%. 3.2. Điều kiện mô phỏng Trong bài toán, dụng cụ (chày, vành cối và ép biên) được coi là tuyệt đối cứng.  Sự tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ là tiếp xúc mặt. Hệ số ma sát giữa phôi và chày là 0,14; giữa phôi và vành cối, phôi và ép biên là 0,05 [3]. Để khảo sát ảnh hưởng của chiều dày phôi hoặc áp lực ép biên đến sự thay đổi bề dày thành sản phẩm, quá trình mô phỏng được tiến hành qua hai bước: Bước một,  mô phỏng với một mức độ biến dạng nhất định để xác định các thông số của quá trình hợp lý để dập thành công sản phẩm; Bước hai, trên cơ sở giá trị các thông số xác định ở bước một, tiến hành thay đổi chiều dày phôi (nếu khảo sát ảnh hưởng của chiều dày phôi) hoặc giá trị áp lực ép biên (nếu khảo sát ảnh hưởng của áp lực ép biên) để nghiên cứu mục tiêu bài toán.      Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    48 3.3. Các kết quả mô phỏng 3.3.1. Ảnh hưởng của chiều dày tương đối của phôi Các kết quả mô phỏng được đưa ra trong hình 3.  a)  b)  c) Hình 3. Ảnh đồ mô phỏng: Δs = 0,8% (a); Δs = 1,0% (b); Δs = 1,2% (c) Kết quả mô phỏng cho thấy, ở cùng một mức độ biến dạng, khi chiều dày tương đối Δs = 0,8%, bề mặt sản phẩm (phần côn) có xu hướng xuất hiện nhăn mạnh hơn (Hình 3a). Khi càng tăng chiều dày tương đối của phôi thì nhăn càng giảm (Hình 3b, 3c). Sử dụng chức năng Select by Cursor của phần mềm Eta/DynaForm để xác định chiều dày thành sản phẩm phân bố dọc theo tiết diện như hình 4. Kết quả sự phân bố chiều dày thành sản phẩm được biểu diễn như đồ thị hình 5.    Hình 4. Vị trí đo chiều dày thành sản phẩm  Hình 5. Sự phân bố chiều dày thành sản phẩm Từ đồ thị hình 5 cho thấy phần đáy sản phẩm sự biến mỏng chiều dày không đáng kể đối với cả 3 loại phôi. Sự biến mỏng mạnh nhất tại vùng chuyển tiếp giữa bán kính lượn chày và vùng thành côn. Ở vùng giữa của thành côn, vật liệu cũng thay đổi mạnh.     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    49 Sự biến dày thành xuất hiện bắt đầu từ vùng chuyển tiếp giữa thành côn và vành. Mép vành sản phẩm bị biến dày mạnh nhất. Kết quả mô phỏng cho thấy, chiều dày tương đối của phôi càng lớn thì mức độ biến mỏng tại vùng chuyển tiếp giữa bán kính lượn chày và vùng thành côn càng mạnh, đồng thời mức độ biến dày tại phần vành càng cao. Như vậy, có thể thấy khi dập thủy cơ với vật liệu càng mỏng thì mức độ đồng đều càng tốt hơn và ngược lại. 3.3.2. Ảnh hưởng của áp lực ép biên Để khảo sát sự ảnh hưởng của áp lực ép biên đến sự thay đổi chiều dày thành sản phẩm, các tác giả tiến hành mô phỏng dập với một chiều dày phôi nhất định (Δs = 1,0%). Các kết quả mô phỏng được biểu diễn như đồ thị hình 6.  Hình 6. Sự phân bố chiều dày thành với áp lực ép biên khác nhau Từ đồ thị hình 6, thấy rằng khi áp lực ép biên càng tăng thì mức độ biến mỏng càng mạnh. Tại vị trí chuyển tiếp giữa bán kính lượn chày và vùng thành côn có mức độ biến mỏng lớn nhất là -15,83%; -18,31% và -21,63%, tương ứng với các giá trị áp lực ép biên 5 MPa, 7 MPa và 10 MPa. Khi dập với áp lực ép biên 10 MPa, trên ảnh đồ mô phỏng bắt đầu xuất hiện điểm vàng tại vùng bán kính lượn đáy, vật liệu có nguy cơ bị phá hủy (Hình 7).  Hình 7. Sản phẩm dập với áp lực ép biên 10 MPa     Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    50 Từ việc nghiên cứu bằng mô phỏng, các tác giả đã tiến hành dập thử nghiệm chi tiết trên Stand thí nghiệm dập thủy cơ tại phòng thí nghiệm Gia công áp lực, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS. Thiết bị và dụng cụ dập thủy cơ như hình 8.  a)   b) Hình 8. Thiết bị dập (a); dụng cụ dập (b) Các sản phẩm thực nghiệm được chỉ ra như hình 9.  a)  b)  c) Hình 9. Sản phẩm thực nghiệm: Δs = 0,8% (a); Δs = 1,0% (b); Δs = 1,2% (c)  Hình 10. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm với chiều dày phôi khác nhau     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    51  Hình 11. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm tại Peb = 7 MPa, Δs = 1,0% Từ các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy, mức độ biến mỏng bề dày thành khi thực nghiệm nhỏ hơn so với mô phỏng (Hình 10). Tuy nhiên, tại phần vành mức độ biến dày khi thực nghiệm lại lớn hơn so với mô phỏng (Hình 11). 4. Kết luận Các kết quả nghiên cứu của bài báo đã chỉ ra quy luật ảnh hưởng của áp lực ép biên và chiều dày tương đối của phôi đến mức độ biến mỏng chiều dày thành sản phẩm khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn. Theo đó, khi chiều dày tương đối của phôi và áp lực ép biên càng tăng thì mức độ biến mỏng thành sản phẩm càng lớn và ngược lại. Các kết quả của bài báo là tài liệu tham khảo cho quá trình tính toán, thiết kế công nghệ và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm khi dập thủy cơ chi tiết dạng côn. Tài liệu tham khảo 1.  Đinh Văn Phong, Nguyễn Trường An, Tạ Đình Xuân (2015). Công nghệ tạo hình kim loại tấm, Quân đội Nhân dân. 2.  Phạm Văn Nghệ (2006). Công nghệ dập thủy tĩnh. Hà Nội: Bách khoa. 3.  A. Gorji, M. Bakhshi-Jooybari, S. Nourouzi, G. Mohammad-Alinejad (2010). Forming Conical Parts with Sharp Tip in Sheet Hydroforming Process. International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies (AMPT 2010), 469-474. 4.  Ablolhamid Gorji, Amir Reza Yaghoubi, Mohammad Bakhshi-Jooybari, Salman Norouzi (2011). Thickness Distribution in Conical Parts Formed by Hydroforming and Conventional Multistage Deep Drawing Processes. Advanced Materials Research, 189-193, 2884-2887. 5.  M. Janbakhsh, M. Riahi and F. Djavanrood (2013). A Practical Approach to Analysis of Hydro-Mechanical Deep Drawing of Superalloy Sheet Metals Using Finite Element Method. Int J. Advanced Design and Manufacturing Technology, 6(1), 1-7. 6.  Морозов С. А. (1998). Оптимизация процессов листовой штамповкис использованием гидро механической вытяжки. Кандидатская диссертация, Ижевск, 207.     Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    52 STUDY ON SHEET THICKNESS MODIFY OF CONICAL CUP  BY HYDRO-MECHANICAL PROCESS Abstract: Blank holder pressure and thickness of blank are very important in the  hydro-mechanical deep drawing process. In this paper, we used simulation method to study the influence of blank holder pressure and thickness of blank on wall thickness of conical cup by hydro-mechanical deep drawing process. Based on the simulation results, we carried out an experiment of hydro-mechanical deep drawing process for conical cup, which provides reliable results. Keywords: Hydro-mechanical deep drawing process; fluid pressure; blank holder pressure; wall thickness; conical cup. Ngày nhận bài: 22/3/2018; Ngày nhận bản sửa lần cuối: 15/8/2017; Ngày duyệt đăng: 21/8/2018                  

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHIỀU DÀY THÀNH CHI TIẾT CÔN KHI DẬP TẠO HÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CƠ

http://jst.lqdtu.edu.vn/index.php/jst/article/download/458/312

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHIỀU DÀY THÀNH CHI TIẾT CÔN KHI DẬP TẠO HÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CƠ

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Journal of Science and Technique