Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và hình học đến

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 từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, ngày. tháng 5 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn 1 Giáo viên hướng dẫn 2 Nghiên cứu sinh PGS. Phạm Văn Nghệ TS.

Lê Trung Kiên Nguyễn Quang Thắng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Dệt May Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu của luận án. Tôi xin cảm ơn Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí và Bộ môn Gia công áp lực đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.

Phạm Văn Nghệ và TS. Lê Trung Kiên đã tận tình hướng dẫn tôi về chuyên môn để tôi thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn Công ty CP Dụng cụ Cơ khí xuất khẩu, Công ty TNHH MTV Diesel Sông Công đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho phép sử dụng máy móc, thiết bị đo, vật tư, trong quá trình 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 bớt chút thời gian đọc và đóng góp những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án và định hướng nghiên cứu trong trương lai.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp những người 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 Quang Thắng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.II MỤC LỤC. III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. VI DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. VIII MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.1 Mục đích nghiên cứu.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa của đề tài.1 Ý nghĩa khoa học.2 Ý nghĩa thực tiễn. Các điểm mới của luận án. Các nội dung chính trong luận án.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN .1 Khái quát công nghệ dập tạo hình khối.2 Dập khối trong khuôn kín.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về nâng cao độ chính xác khi dập trong khuôn kín.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài.2 Tình hình nghiên cứu trong nước.3 Xác định các vấn đề nghiên cứu của luận án. 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN.1 Cơ sở lý thuyết tính toán về đặc tính điền đầy khi dập khối trong khuôn kín.1 Đặc điểm chung.2 Các giả thiết tính toán.3 Tính toán các trường vận tốc trong quá trình biến dạng.4 Tính toán kích thước góc sản phẩm dập trong khuôn kín.2 Tính toán các thông số ảnh hưởng đến quá trình dập khối trong khuôn kín.1 Tính toán lực dập.2 Tính toán góc nghiêng thành lòng khuôn.4 Lỗ chưa thấu và màng ngăn lỗ.5 Biến dạng đàn hồi của máy ép trục khuỷu.3 Các dạng khuyết tật khi dập khối trong khuôn kín.1 Nứt ở bề mặt sản phẩm.2 Khuyết tật gấp trong sản phẩm.3 Khuyết tật vết xước sâu tạo rãnh trên bề mặt.4 Khuyết tật không điền đầy khuôn. 43 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHI TIẾT KHỚP NỐI KHI DẬP TRONG KHUÔN KÍN BẰNG MÔ PHỎNG SỐ.1 Ứng dụng mô phỏng số trong gia công áp lực.2 Trình tự xây dựng bài toán mô phỏng số.3 Thiết lập bài toán mô phỏng số với Deform 3D.1 Mô hình hình học.2 Mô hình phần tử hữu hạn.3 Mô hình hành vi cơ - nhiệt của vật liệu.4 Điều kiện biên.5 Chọn miền khảo sát cho các thông số đầu ra.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và hình học đến độ chính xác của chi tiết khớp nối khi dập trong khuôn kín.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của H/D tới bán kính r và lực tạo hình Pmax.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số ma sát µ tới bán kính r và lực tạo hình Pmax 58 iv 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng chày α tới bán kính r và lực tạo hình Pmax. 62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG DẬP CHI TIẾT KHỚP NỐI TRONG KHUÔN KÍN.1 Thiết kế các thực nghiệm mô phỏng.2 Phân tích phương sai.3 Phân tích ảnh hưởng và mức phù hợp của thông số hình học phôi, góc nghiêng chày α và hệ số ma sát tới bán kính r và lực tạo hình Pmax.1 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp của các thông số hình học phôi (H/D), góc nghiêng chày (α) và hệ số ma sát (µ) tới bán kính r.2 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp của các thông số hình học phôi ( H/D), góc nghiêng chày (α) và hệ số ma sát (µ) tới lực tạo hình Pmax.4 Ứng dụng kết quả nghiên cứu để dập chi tiết khớp nối trong khuôn kín.1 Vật liệu thí nghiệm.2 Thiết bị thí nghiệm.3 Bộ khuôn dập.4 Trình tự thí nghiệm và điều kiện công nghệ dập.5 Kết quả thực nghiệm.6 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm. 94 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.

95 KẾT LUẬN CHUNG. 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 107 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải Đơn H Chiều cao phôi vị mm D Đường kính phôi mm H/D Thông số hình học của phôi σx Ứng suất theo phương x trong hệ tọa độ MPa σy Ứng suất theo phương y trong hệ tọa độ MPa σz Ứng suất theo phương z trong hệ tọa độ MPa VP Thế tích phôi cm 3 μ Hệ số ma sát α 0 Góc nghiêng chày dập Độ ( ) r Bán kính góc lượn vành mặt bích của sản phẩm (bán kính r) mm Pmax Lực dập lớn nhất Tấn A Công J 2  Ứng suất tương đương N/mm σb Giới hạn bền MPa kf Giới hạn chảy MPa σf0 2 Ứng suất chảy tại thời điểm mức độ biến dạng bằng 0 N/mm σf1 2 Ứng suất chảy tại thời điểm cuối quá trình (  P   max ) N/mm Ứng suất chảy trung bình 2 σfm N/mm  C Ứng suất cắt N/mm 2  Mức độ biến dạng thực ε Mức độ biến dạng kỹ thuật Tm Nhiệt độ nóng chảy 0 C u Khe hở một phía chày cối mm z Khe hở hai phía chày cối mm E Mô đun đàn hồi 2 N/mm e Hệ số logarit ν Hệ số Poisson S/N Tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu METKDN Máy ép trục khuỷu dập nóng PTHH Phần tử hữu hạn vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.

1 Các kích thước hình học của phôi dùng để mô phỏng. 2 Các bước mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết khớp nối. 3 Thành phần hóa học của thép C45. 4 Các thông số của thép C45.

5 Điều kiện biên và thông số cho bài toán mô phỏng dập chi tiết khớp nối. 6 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,3 và α = 60. 7 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,4 và α = 60. 8 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,5 và α = 60.

9 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập P khi µ=0,6 và α = 6 0 max. 10 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập P khi H/D=1,4 và α = 60 max. 11 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập P khi H/D=1,6 và α = 60 max. 12 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập P khi H/D=1,8 và α = 60 max.

13 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập P khi H/D=2,0 và α = 60 max. 14 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,3 và H/D =1,4. 15 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,4 và H/D =1,4. 16 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,5 và H/D =1,4.

17 Kết quả khảo sát bán kính r và lực dập Pmax khi µ=0,6 và H/D =1,4. 1 Các thông số đầu vào và đầu ra. 2 Phương án mô phỏng khi thay giá trị các mức của các thông số. 3 Các đặc trưng chất lượng theo Taguichi.

4 Các mức và giá trị tương ứng của các yếu tố ảnh hưởng. 5 Các trường thực nghiệm mô phỏng, kết quả mức độ bán kính r và tỷ lệ S/N 74 Bảng 4. 6 Bảng ANOVA phân tích ảnh hưởng của các yếu tố tới bán kính r. 7 So sánh bán kính r giữa hồi quy và thực nghiệm mô phỏng.

8 Các trường thực nghiệm, kết quả lực tạo hình và tỷ lệ S/N. 9 Bảng ANOVA phân tích ảnh hưởng của các yếu tố tới lực tạo hình. 10 Bảng so sánh lực tạo hình giữa hồi quy và thực nghiệm mô phỏng. 11 Thông số kỹ thuật của máy ép trục khuỷu dập nóng.

12 Các bước tạo hình sản phẩm. 13 Bảng so sánh giữa kích thước thiết kế và sản phẩm thực tế. 14 Bảng so sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm. 94 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.

1 Xưởng rèn ở thế kỷ 13. 2 Máy búa sử dụng thủy năng và máy búa hơi nước. 3 Xưởng dập tại CHLB Đức. 4 Sơ đồ công nghệ dập khối [1].

5 Sơ đồ dập khối trên khuôn hở và khuôn kín [7]. 6 Các thiết bị chính sử dụng để dập khối [9]. 7 Dập khối có thể tiết kiệm đến 75% nguyên vật liệu. 8 Các yếu tố của công nghệ dập trong khuôn kín [10].

9 Sơ đồ dập khối trong khuôn hở và khuôn kín [1]. 10 So sánh sản phẩm dập giữa (a) khuôn hở và (b) khuôn kín [11]. 11 Các chi tiết truyền động được dập khối trong khuôn kín từ phôi trụ đặc. 12 Sơ đồ khuôn dập trong khuôn kín.

13 Các dạng chày được sử dụng để gia công chi tiết [21]. 14 Các hình dạng của chày gia công [21]. 15 Kết cấu khuôn không phù hợp có thể gây ra các dạng khuyết tật [25]. 16 Tối ưu hóa các giai đoạn dập trong khuôn kín [25].

17 Kết cấu khuôn [26]. 18 Khuôn được thiết kế để tăng mức độ điền đầy khi dập [27]. 19 Phôi qua các bước tạo hình [28]. 20 Các kiểu hình dáng phôi được lựa chọn [29].

21 Phôi để thí nghiệm [29]. 22 Sản phẩm dập từ các dạng phôi khác nhau [29].