Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được tác giả khác công bố. Hà Nội, 15 tháng 10 năm 2018 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Đắc Trung Nguyễn Thị Thu i Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi có thể thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí và Bộ môn Gia công áp lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Đắc Trung đã tận tình hướng dẫn tôi về chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn Phòng Đo lường - Viện Tên Lửa, Viện IMI, Bộ môn Gia công áp lực - Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Công Nghệ thuộc Tổng cục công nghiệp Quốc phòng, đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho phép sử dụng các thiết bị, cảm biến đo các thông số công nghệ phục vụ thu thập và xử lý tín hiệu trong thực nghiệm.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đọc và cho những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án và định hướng nghiên cứu trong tương lai. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu ii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. II DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

VI DANH MỤC CÁC BẢNG. VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. VIII MỞ ĐẦU. Lý do lựa chọn đề tài.

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Các đóng góp mới của luận án.

Bố cục của luận án. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH BẰNG CHẤT LỎNG CAO ÁP. Khái quát công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp .1 Công nghệ dập thủy cơ .2 Công nghệ dập thủy tĩnh. Tổng quan về kết quả nghiên cứu về công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm.1 Trên thế giới.

Tại Việt Nam. Phân tích đánh giá các nghiên cứu hiện nay. Cơ sở lý thuyết về dập thủy tĩnh phôi tấm .1 Quá trình DTT phôi tấm .2 Giai đoạn biến dạng tự do .3 Giai đoạn điền đầy lòng cối. Thông số hình học khuôn, phôi.

Xác định mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án. 29 Kết luận chương 1. NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM. Mô phỏng số trong gia công áp lực.

Giới thiệu về mô phỏng số. 31 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 2. Ưu điểm của mô phỏng số. Xác định, lựa chọn phần mềm mô phỏng số.2 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm với phần mềm Dynaform .1 Lựa chọn chi tiết.

Vật liệu phôi. Thiết lập bài toán .4 Các thông số đầu vào và đầu ra của bài toán mô phỏng .5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp .6 Khảo sát quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth .7 Khảo sát quan hệ áp suất chặn Qch với bán kính sản phẩm Rd. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất chặn Qch đến mức độ biến mỏng lớn nhất γmax của sản phẩm. 47 Kết luận chương 2.

HỆ THỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM .1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm. Khuôn thực nghiệm. Bộ cấp chất lỏng cao áp. Máy ép thủy lực.

Hệ thống đo thông số công nghệ. Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm .3 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống thực nghiệm. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm. Thử nghiệm và so sánh với kết quả mô phỏng số.

63 Kết luận chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM .1 Giới thiệu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm .2 Xác định các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực nghiệm .3 Xây dựng mối quan hệ toán học giữa các thông số (Qch, H*, S*) và (Rd, γmax, Pth) 73 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến bán kính đáy Rd của sản phẩm .2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax. 82 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) đến áp suất chất lỏng tạo hình Pth.

86 Kết luận chương 4. 91 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 95 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

103 v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị 1 Do Đường kính phôi mm 2 d Đường kính chi tiết mm 3 hi Chiều sâu hiện thời của cối mm 4 H* Chiều sâu tương đối của chi tiết cối (%) 5 Qch Áp suất chặn phôi bar 6 Pth Áp suất tạo hình bar 7 Qch’ Lực chặn phôi kN 8 Rmc Bán kính lượn tại miệng cối mm 9 Rm Bán kính lượn tại miệng sản phẩm mm 10 Rdc Bán kính lượn đáy cối mm 11 Rd Bán kính lượn tại đáy sản phẩm mm 12 S0 Chiều dày phôi ban đầu mm 13 S* Chiều dày tương đối của phôi (%) 14 Si Chiều dày sản phẩm tại vị trí đo i mm 15 γ Mức độ biến mỏng % 16 γ max Mức độ biến mỏng lớn nhất % 17 µ Hệ số ma sát 18 σm Ứng suất bền MPa 19 σf Ứng suất chảy MPa 20 σρ Ứng suất hướng kính MPa 21 σθ Ứng suất tiếp tuyến MPa 22 σz Ứng suất hướng trục MPa 23 GCAL Gia công áp lực 24 DTT Dập thủy tĩnh 25 DTC Dập thủy cơ 26 METL Máy ép thủy lực 27 MPS Mô phỏng số 28 PTN Phòng thí nghiệm 29 HPF Dập tạo hình sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao 30 QHTN Quy hoạch thực nghiệm vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của thép DC04 [46]. 2 Đặc tính kỹ thuật của thép DC04 [46]. 3 Thông số phôi.

4 Thông số của cối chất lỏng. 5 Thông công nghệ số đầu vào trong quá trình tạo hình. 6 Các thông số mục tiêu đầu ra trong quá trình tạo hình. 7 Các miền giá trị khảo sát của áp suất chặn và áp suất tạo hình.

8 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 0. 9 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 0. 10 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 1. 11 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.

12 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0. 13 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0. 14 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =1. 15 Mức độ biến mỏng khi DTT trên cối có H* =23.

16 Mức độ biến mỏng khi DTT trên cối có H* =26. 17 Mức độ biến mỏng khi DTT trên cối có H* =29. 1 Thông số bộ tăng áp CP-70. 2 Thông số đầu vào của trường hợp mô phỏng.

3 Thông số đầu ra của sản phẩm. 4 Kết quả thử nghiệm. 5 Kết quả so sánh các chỉ số giữa MPS và thực nghiệm. 1 Các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực nghiệm.

2 Bảng ma trận thực nghiệm. 3 Bảng kết quả đo. 4 Các giá trị bj. 5 Bảng các giá trị S2 (bj).

6 Bảng các giá trị 𝑏𝑗/ 𝑆𝑏𝑗. 7 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm. 76 vii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Sơ đồ phân loại công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng cao áp [24].

2 Sơ đồ các bước dập thủy cơ [87]. 3 Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm [66]. 4 Dập thủy tĩnh thanh B của xe ôtô trên máy ép thủy lực [60]. 5 Dập thủy tĩnh cặp phôi tấm [38].

6 Dập thủy tĩnh phôi ống [85]. 7 Mối quan hệ giữa áp suất và bán kính trong DTT phôi ống [85]. 8 Sản phẩm hệ thống xả trong ôtô được chế tạo bằng:. 9 Sơ đồ nguyên lý các trường hợp dập tạo hình (a) và mặt cắt sản phẩm (b) [32] 12 Hình 1.

10 Đường lực chặn tối ưu đối với chi tiết cầu [64]. 11 Hiện tượng: rách (a) nhăn (b) trong quá trình DTT [64]. 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo hình [56]. 13 Hệ thống gia nhiệt trong quá trình dập bằng chất lỏng áp suất cao [35].

14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh tấm [94]. 15 Hệ thống thiết bị DTT điều khiển theo chương trình [52]. 16 Hệ thống chặn toạ độ điều khiển theo thời gian và hành trình [25]. 17 Hệ thống chặn chủ động điều khiển hành trình [25].

18 Sơ đồ điều khiển áp lực gioăng làm kín [25]. 19 Bề mặt cối ảnh hưởng tới khả năng kéo phôi vào trong cối [82]. 20 Sơ đồ quá trình DTT phôi tấm. 21 Giai đoạn biến dạng tự do [77].

22 Các vùng biến dạng trên phôi [15]. 23 Trạng thái ứng suất và biến dạng của phôi trong DTT phôi tấm [86]. 24 Quá trình biến dạng tự do của tấm [77]. 25 Các bán kính góc lượn đáy cối.

26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu. 1 Mô hình khuôn (chưa chia lưới) và mô hình phôi. 2 Mô hình hình học đã chia lưới. 3 Đường cong ứng suất – biến dạng của vật liệu DC04.

4 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 25 bar. 36 viii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 2. 5 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 55 bar. 6 Sản phẩm đạt yêu cầu mô phỏng tại Qch= 90 bar.

7 Sản phẩm bị rách tại áp suất chặn Qch = 125 bar. 8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0. 9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.