Nghiên cứu công nghệ dập khối chế tạo chi tiết truyền động từ phôi ống - Luận án tiến sĩ PGS. Nguyễn Đắc Trung

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác! Hà Nội, ngày … tháng …. năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH PGS. Nguyễn Đắc Trung Phan Thị Hà Linh i luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn người dẫn khoa học PGS.

Nguyễn Đắc Trung đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công áp lực, lãnh đạo, chuyên viên cùng các thầy cô của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Cơ khí. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô trong bộ môn Gia công áp lực đã tạo điều kiện thuận lợi, thường xuyên trao đổi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện về thời gian trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ khí cùng các đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn Công ty Brother Việt Nam, Công ty Goodtech, Phòng thí nghiệm Đo lường động học bay - Viện Tên Lửa đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm và đo đạc kết quả của luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những người đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Nghiên cứu sinh Phan Thị Hà Linh ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa của đề tài. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.

Các điểm mới của luận án. Nội dung chính của luận án. TỔNG QUAN VỀ CHỒN TRONG CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI CHI TIẾT TỪ PHÔI ỐNG .1 Khái quát về các chi tiết truyền động .2 Khái quát về công nghệ dập khối chế tạo các chi tiết truyền động .2 Nguyên công chồn trong công nghệ dập khối .3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ chồn .1 Các nghiên cứu ở nước ngoài .2 Tình hình nghiên cứu trong nước. 20 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.

23 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ CHỒN TỪ PHÔI ỐNG.1 Ứng suất và biến dạng trong quá trình chồn.2 Chồn phôi ở trạng thái nóng .3 Ma sát trên bề mặt tiếp xúc phôi - khuôn .4 Khuyết tật trong quá trình chồn ống .5 Đường cong chảy của vật liệu .6 Xây dựng mô hình nghiên cứu công nghệ chồn ống. 41 iii luan an KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHỒN CỤC BỘ PHÔI ỐNG NHỜ MÔ PHỎNG SỐ .1 Ứng dụng mô phỏng số trong nghiên cứu công nghệ dập tạo hình.2 Các bước thiết lập bài toán mô phỏng số .3 Mô phỏng số quá trình chồn phôi ống .1 Lựa chọn phần mềm .2 Thiết lập mô hình chồn đầu phôi ống với chày phẳng .3 Thiết lập bài toán mô phỏng số với Deform 3D .4 Khảo sát xác định thời điểm mất ổn định và hình thành khuyết tật gấp khi chồn .1 Kết quả khảo sát với H0/D = 0,4 .2 Kết quả khảo sát với H0/D0 = 0,6 .3 Kết quả khảo sát với H0/D0= 0,8 .4 Kết quả khảo sát với H0/D0 = 1,0 .5 Khảo sát ảnh hưởng của thông số hình học phôi tới mức độ biến dạng và lực tạo hình .5 Khảo sát quá trình chồn phôi ống với chày côn .1 Kết quả mô phỏng với góc nghiêng chày α = 50 .2 Kết quả mô phỏng với góc nghiêng chày α = 100 .3 Kết quả mô phỏng với góc nghiêng chày α = 150 .4 Kết quả mô phỏng với góc nghiêng chày α = 200 .5 Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng chày tới mức độ biến dạng và lực tạo hình. 67 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm quá trình chồn phôi ống .1 Máy ép trục khuỷu .2 Khuôn thí nghiệm .3 Thiết bị nung và đo nhiệt .4 Hệ thống đo lực, xử lý tín hiệu và hiển thị kết quả .5 Thiết bị đo mức độ biến dạng .6 Kết nối hệ thống thực nghiệm .2 Thực nghiệm kiểm chứng và kết quả .1 Trình tự tiến hành thực nghiệm .2 Kết quả thực nghiệm và đối sánh. 79 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 83 iv luan an CHƯƠNG 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC THỂ HIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HÌNH HỌC PHÔI VÀ KHUÔN ĐẾN MỨC ĐỘ BIẾN DẠNG VÀ LỰC TẠO HÌNH TRONG CHỒN ỐNG .1 Thiết kế thực nghiệm.

Phân tích phương sai .3 Phân tích ảnh hưởng và mức phù hợp của các thông số hình học phôi và khuôn tối mức độ biến dạng và lực tạo hình .1 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp của các thông số hình học phôi (tỉ số H0/D0; S0/D0) và góc nghiêng chày (α) tới mức độ biến dạng .2 Phân tích ảnh hưởng và mức phù hợp của các thông số hình học phôi (tỉ số H0/D0; S0/D0) và góc nghiêng chày (α) tới lực tạo hình .4 Ứng dụng dập chi tiết bánh răng từ phôi ống .1 Chi tiết bánh răng .2 Tính toán kích thước phôi ban đầu.3 Xác định các bước công nghệ cơ bản dập bánh răng từ phôi ống .5 Tính toán nguyên công chồn .6 Tính toán nguyên công dập trong khuôn kín .7 Kết quả thực nghiệm dập bánh răng. 103 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5. 104 KẾT LUẬN CHUNG. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 113 v luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nội dung Đơn vị 1; 2; 3 Biến dạng theo các phương Z, r, . εeq Mức độ biến dạng tương đương σeq Ứng suất tương đương N/mm2, MPa µ,m Hệ số ma sát z,r, Ứng suất theo các phương Z, r, . N/mm2, MPa P Lực tạo hình N, Tấn n, Ưng suất pháp tuyến N/mm2, MPa f Ứng suất chảy N/mm2, MPa k Hằng số dẻo của kim loại H0 Chiều cao phần phôi ống được chồn mm S0 Chiều dày phôi ống mm D0 Đường kính ngoài của phôi ban đầu mm d0 Đường kính trong của phôi ban đầu mm S1 Chiều dày phôi ống sau chồn mm d1 Đường kính trong của phôi sau chồn mm PTHH Phần tử hữu hạn MPS Mô phỏng số vi luan an DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các chi tiết bánh răng, vành răng, bánh răng liền trục .2 Sơ đồ công nghệ dập khối .3 Dập khối trên khuôn hở và khuôn kín .4 Các thiết bị chính sử dụng để đập khối .5 Các chi tiết truyền động dạng trục rỗng .6 Chi tiết lắp ráp trong thiết bị cơ khí dạng trục rỗng .7 Chế tạo các chi tiết truyền động dạng rỗng bằng công nghệ dập khối từ phôi đặc.8 Sơ đồ nguyên công chồn phôi đặc không có ma sát và có ma sát .9 Sơ đồ nguyên công chồn phôi rỗng a)bôi trơn tốt và b) bôi trơn kém hơn 10 Hình 1.10 Sơ đồ lực, trạng thái ứng suất và biến dạng khi chồn .11 Hướng thớ kim loại sau khi chồn .12 Chồn cục bộ từ phôi ống.13 Các dạng chồn cục bộ từ phôi ống .14 Sơ đồ chồn cục bộ từ phôi ống .15 Thiết kế mô hình chồn cục bộ của L.16 Thiết kế mô hình chồn cục bộ của Aydin Tuzun .17 Mức độ tăng chiều dày khi chồn ống .18 Hình ảnh chồn ống thép có ma sát.19 Ảnh hưởng của ma sát tới kích thước lỗ (hay chuyển động của kim loại theo hướng kính).20 Biến dạng của phôi chồn ống khi bôi trơn tốt và không bôi trơn .21 Hướng dòng chảy của kim loại khi chồn có ma sát .22 Nứt vỡ tế vi trong lòng phôi khi chồn .23 Nứt vỡ khi chồn đầu mũ bu lông .24 Khuyết tật gấp khi chồn phôi ống trong khuôn có lõi .25 Quá trình hành thành và vị trí khuyết tật gấp khi chồn ống .26 Phân bố nhiệt độ khi chồn ống có nung nóng bằng cảm ứng .27 Mất ổn định khi chồn phôi ống thép .28 Khuôn và sản phẩm chồn cục bộ ống nhôm phục vụ công nghiệp quốc phòng .2 Phân bố ứng suất trên bề mặt tiếp xúc khi chồn phôi ống trong trường hợp không ma sát và có ma sát .3 Sơ đồ xác định biến dạng của phôi ống .4 Ảnh hưởng của bôi trơn tới biên dạng hình học của sản phẩm .5 Chồn phôi ống với hệ số ma sát nhỏ (m<0,15) .6 Chồn phôi ống với hệ số ma sát lớn (m>0,2) .7 So sánh sự mô hình ma sát Tresca và Coulomb khi chồn phôi ống.

31 vii luan an Hình 2.8 Mối quan hệ giữa mức độ giảm đường kính trong phôi ông với mức độ giảm độ cao phôi ống ứng với các hệ số ma sát khác nhau .9 Độ dày lớp bôi trơn khi chồn .10 Phá hủy trên bề mặt và bên trong phôi khi chồn .11 Phôi bị cong khi chồn do có sự xuất hiện của lực ma sát .12 Mất ổn định và hình thành khuyết tật gấp khi chồn phôi ống .13 Khuyết tật gấp khi tạo hình ống .14 Xác định khuyết tật gấp nhờ phân tích dòng chảy kim loại .15 Khuyết tật gấp khi tạo hình chi tiết khớp nối .16 Khuyết tật gấp khi dập khối trong khuôn hở .17 Mẫu thí nghiệm chồn phôi dạng vành .18 Đường cong chảy của thép C45 tại các nhiệt độ và tốc độ biến dạng khác nhau .19 Mô hình chồn đầu ống với chày ép phẳng và côn .20 Sản phẩm sau khi chồn .21 Bài toán tiếp xúc .1 Các bước thiết lập bài toán mô phỏng .2 Mô hình bài toán chồn từ phôi ống với chày có đáy phẳng .3 Mô hình hình học của phôi và khuôn .4 Chia lưới phần tử cho phôi và khuôn .5 Quá trình biến dạng của phôi ống khi chồn.6 Đồ thị vận tốc của P1, P2, P3, P4, P5 theo phương Z và phương Y .7 Đồ thị chuyển vị của các điểm P1, P2, P3, P4, P5 theo phương X và Z .8 Đồ thị chuyển vị của các điểm P1, P2, P3, P4, P5 theo phương .