Luận án TS: Ảnh hưởng thông số đến khả năng tạo hình kim loại tấm SPIF - Lê Khánh Điền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ KHÁNH ĐIỀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU KIM LOẠI TẤM KHI GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPIF (A RESEARCH ON THE INFLUENCES OF ENGINEERING PARAMETERS TO THE FORMING ABILITY OF METAL SHEET BY SPIF TECHNOLOGY) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ KHÁNH ĐIỀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU KIM LOẠI TẤM KHI GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPIF (A RESEARCH ON THE INFLUENCES OF ENGINEERING PARAMETERS TO THE FORMING ABILITY OF METAL SHEET BY SPIF TECHNOLOGY) Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số chuyên ngành: 62 52 04 01 Phản biện độc lập 1: PGS.

TS HÀ MINH HÙNG Phản biện độc lập 2: PGS. TS NGUYỄN VIỆT HÙNG Phản biện 1: PGS. TS LÊ CHÍ CƯƠNG Phản biện 2: PGS. TS ĐẶNG VŨ NGOẠN Phản biện 3: PGS.

TS TRẦN THIÊN PHÚC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. NGUYỄN THANH NAM. LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án: Lê Khánh Điền Lê Khánh Điền i TÓM TẮT LUẬN ÁN Mục tiêu của luận án là nghiên cứu thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (lượng tiến dụng cụ xuống Dz, vận tốc chạy dụng cụ Vxy, đường kính dụng cụ D và số vòng quay của trục chính mang dụng cụ n) với các thông số mục tiêu, bao gồm khả năng tạo hình (tức góc tạo hình  là góc của tiếp tuyến bề mặt tạo hình và phương ngang), lượng phục hồi, độ nhám bề mặt vật liệu tấm và năng suất tạo hình của mẫu thí nghiệm làm bằng một số vật liệu tiêu biểu như nhôm A 1050 H14, thép thường SS330 và thép không gỉ SUS304. khi gia công bằng công nghệ tạo hình cục bộ liên tục đơn điểm (Single Point Incremental Forming - SPIF). Tổng quát nội dung của luận án bao gồm một số điểm như sau: - Nghiên cứu thực nghiệm gia công mẫu trên máy SPIF chuyên dùng để xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với khả năng tạo hình (góc tạo hình ) và lượng phục hồi sau tạo hình (Springback), độ nhám bề mặt mẫu và năng suất tạo hình của các nhóm vật liệu nói trên.

- Phần mềm ABAQUS được sử dụng để mô phỏng quá trình tạo hình SPIF nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với khả năng tạo hình (góc tạo hình ) và lượng phục hồi sau tạo hình của các nhóm vật liệu nói trên. So sánh kết quả mô phỏng với các kết quả thực nghiệm cũng được thực hiện để kiểm chứng tính hội tụ giữa 2 phương pháp. - Kết quả thực nghiệm được kiểm chứng phương sai và qui hoạch thực nghiệm (với sự trợ giúp của phần mềm Minitab) nhằm thiết lập phương trình hồi quy của các thông số mục tiêu. Phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong các phương trình hồi qui bằng đạo hàm riêng phần để đánh giá chính xác mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với hàm mục tiêu của các nhóm vật liệu nói trên.

- Tối ưu hóa các thông số công nghệ trong các phương trình hồi qui cũng được thực hiện nhằm lựa chọn các thông số công nghệ tối ưu để có được các giá trị mục tiêu mong muốn. Việc xây dựng các công cụ (phần mềm, bảng biểu) tra cứu chế độ gia ii công tạo hình SPIF cho các nhóm vật liệu để ứng dụng trong thực tế cũng được thực hiện trong luận án này. - Sau cùng, luận án đã đề xuất một số miền giá trị tối ưu của các thông số công nghệ theo hàm mục tiêu hữu ích cho công nghệ tạo hình tấm SPIF. iii ABSTRACT The aim of the thesis is the establishing of the relationship among the influential technological parameters (the forming depth Dz, the feed rate Vxy, the diameter of tool D and the revolution per minute of spindle n) to the objective parameters (forming ability, the angle  that is made by the tangent line of the deformed surface and the horizontal line; the springback values, the roughness and the productivity) of the models of some typical metals such as aluminum A 1050 H14, mild steel SS330 and stainless steel SUS304 of the surface and the productivity) when forming metal sheet by Single Point Incremental Forming (SPIF) technology.

Overall, the content of the thesis concerned some following points:  Experimental study of forming specimens in specific SPIF machine for defining the relations of the technological parameters to the ability of forming (forming angle ), the springback value after forming, the roughness of the surfaces and the productivities of formed sheet models of the mentioned typical metals.  Abaqus software is applied to simulate the process of forming sheet by SPIF in order to define the relations among the parameters of forming with the ability of forming (angle ) and the springback phenomena of the mentioned typical metals. The comparision of simulated result and empirical one is carried out to interpret the convergence of 2 methods.  The empirical results are analysed of variances and are designed of experiment (with the assistance of Minitab software) to establish the equations of recursion of the objective parameters.

Analysing the influences of technological parameters in the equations of recursion by patial differential method to have the authentic remark of the influences of the technological parameters.  The optimization of the technological parameters in the gained recursion functions is also performed to get the optimal technological parameters according to the desired objective values. The editing of a tool consultation (software, handbook) for iv consultation the forming parameters in practice application is also carried out in the thesis;  Finally, the thesis proposed a numbers of optimal technological parameters according to the desired objective values, useful for the SPIF technology. v LỜI CÁM ƠN Luận án được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của các Thầy Cô hướng dẫn, các Thầy Cô giảng viên Khoa Cơ khí, khoa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách khoa Tp.

Hồ Chí Minh, cơ quan công tác, bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả những tập thể và cá nhân đã giúp tôi trong thời gian vừa qua:  Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh;  Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh;  Phòng Quản lý Khoa học Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Tp.

Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, bổ sung cập nhật những kiến thức, kinh nghiệm trong suốt quá trình thực hiện Luận án;  Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài;  Các Anh, Chị đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án này. Trong quá trình thực hiện Luận án, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô, bạn bè và đồng nghiệp chỉ bảo, đóng góp ý kiến để tôi nhận thức được những thiếu sót và cố gắng sửa chữa, bổ sung để hoàn thiện hơn. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả những tập thể và cá nhân đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành Luận án này.

Xin kính chúc quý Thầy Cô, bạn bè và đồng nghiệp sức khỏe và thành đạt. vi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.xi DANH MỤC BẢNG BIỂU .xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .xvi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .1 Công nghệ SPIF .1 Các phương pháp gia công tấm cổ điển .2 Nhu cầu và sự ra đời của công nghệ SPIF .3 Cơ sở tạo hình của công nghệ SPIF .2 Các thông số ảnh hưởng đến khả năng tạo hình (góc tạo hình ) trong SPIF.3 Thiết bị tạo hình bằng phương pháp SPIF .4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước .1 Các nghiên cứu ở nước ngoài .2 Các nghiên cứu trong nước .5 Nhiệm vụ nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu .3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .6 Phương pháp nghiên cứu .25 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .27 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .1 Mục đích và yêu cầu .2 Quy hoạch thực nghiệm khả năng tạo hình (góc tạo hình ) tấm bằng công nghệ SPIF .1 Các thông số cần khảo sát .2 Lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm .3 Vật liệu tấm và mô hình mẫu thực nghiệm .3 Máy và và hệ thống công nghệ dùng tạo hình thực nghiệm SPIF .4 Hoạch định thực nghiệm .1 Chọn mức giá trị thực nghiệm của các thông số ảnh hưởng .2 Mã hóa các thông số ảnh hưởng.3 Thực hành tạo hình mẫu .5 Phân tích phương sai kết quả thực nghiệm & thiết lập phương trình hồi quy 42 2.1 Kết quả thực nghiệm và phân tích phương sai (Anova) .2 Phương trình hồi quy khả năng tạo hình (góc tạo hình ) .3 Phương trình hồi quy lượng phục hồi .4 Phương trình hồi quy độ nhám bề mặt tạo hình .5 Phương trình hồi quy thời gian tạo hình .65 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .69 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SPIF BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ .2 Biến dạng đàn dẻo, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong vùng dẻo.1 Cơ sở lý thuyết tạo hình SPIF .2 Xác định cơ tính trung bình của vật liệu dị hướng trong mô phỏng .3 Các điều kiện biên trong mô phỏng cần phù hợp với thực nghiệm .4 Thống nhất các thông số tạo hình trong mô phỏng và thực nghiệm .5 Mẫu dùng trong mô phỏng .3 Quy trình khảo sát biến dạng dẻo trong SPIF bằng phần mềm ABAQUS .1 Xác định thông số ban đầu cho mô phỏng số .2 Mô phỏng số, thiết lập biểu đồ xác định khả năng tạo hình (góc tạo hình ) 78 3.4 Phân tích kết quả .5 So sánh kết quả mô phỏng số và thực nghiệm .84 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .90 CHƯƠNG 4 THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ GIA CÔNG TỐI ƯU THEO HÀM MỤC TIÊU VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM TRA CỨU.1 Mục đích và yêu cầu .2 Phương pháp tối ưu hóa .3 Trình tự tối ưu hóa theo hàm mục tiêu .4 Tối ưu hóa các thông số công nghệ (chế độ gia công) theo hàm mục tiêu .1 Thiết lập chế độ gia công tối ưu theo khả năng biến dạng dẻo .