LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

PHẦN MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
Thời gian gần đây, xu hướng của các quốc gia trên thế giới đã và đang áp
dụng nhiều loại hình công nghệ tiên tiến để thay thế các công nghệ cũ, lạc hậu nhằm
tăng tính hiệu quả, năng suất sản phẩm. Đó là yếu tố sống còn để nâng cao tính cạnh
tranh và phát triển đất nước trên mọi lĩnh vực. Trong đó, việc áp dụng công nghệ mới
vào ngành cơ khí chế tạo nói chung và lĩnh vự gia công áp lực nói riêng có vai trò
rất quan trọng trong quá trình phát triển cả về kinh tế lẫn quân sự của mỗi quốc gia.
Những năm gần đây, công nghệ dập thủy cơ có xu hướng thay thế dần các
công nghệ dập tạo hình thông thường bằng chày cứng, cối cứng và được ứng dụng
rộng rãi trong việc tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp, do những
ưu điểm nổi bật.
Tuy nhiên ở Việt Nam cho tới nay, công nghệ dập bằng chất lỏng mới ở giai
đoạn bắt đầu tìm hiểu công nghệ, và đã có một số đề tài cấp thạc sĩ nghiên cứu về
vấn đề này, đặc biệt là việc thiết kế công nghệ dập thủy cơ vẫn chủ yếu dựa vào
kinh nghiệm, việc tính toán vẫn chưa được nghiên cứu tổng quát.
Do vậy, đề tài “ Nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ để chế tạo vỏ đựng bánh xe
ô tô Ford Everest ” có ý nghĩa thực tiễn cao trong giai đoạn nước ta đang phát triển
ngành công nghiệp ô tô. Hơn nữa, đề tài sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về công nghệ
và giải quyết được một số yếu tố kỹ thuật
• Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau:
Ứng dụng công nghệ tạo hình bằng chất lỏng, trong đó đặc biệt là công nghệ
dập thủy cơ vào việc thiết kế, chế tạo các chi tiết cơ khí từ kim loại tấm, có độ
chính xác và chất lượng cao.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

1

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình dập
thủy cơ, đưa ra các dự báo về khả năng tạo hình và hướng khắc phục những sai
hỏng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ được ứng dụng trực tiếp trong thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí và chế tạo
khuôn mẫu áp dụng vào ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam.
• Dự kiến kết quả đạt được
Từ nội dung nghiên cứu về công nghệ dập thủy cơ, đề tài dự kiến sẽ đạt được
những kết quả sau:
Ứng dụng công nghệ dập thủy cơ vào quá trình sản xuất các loại sản phẩm
thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong đó có sử dụng các phần mềm mô phỏng quá trình dập tạo hình kim
loại tấm như phần mềm Dynaform để tối ưu hóa ra bộ số thích hợp trong quá trình
dập thủy cơ các chi tiết. Từ đó tiết kiệm một khoản chi phí khá lớn và hoạch định kế
hoạch 1 cách chính xác hơn.

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

3

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

4

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Phương pháp dập thủy tĩnh ( Hydrostatic) : Dập thủy tĩnh là một phương
pháp tạo hình vật liệu nhờ chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề mặt
của phôi gây biến dạng phôi theo hình dạng của lòng cối.
Do đó không cần gia công chày và giảm được số nguyên công.

Hình 1.1 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi tấm

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

5

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.2 : Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi ống

- Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical).
1.2 Tổng quan về công nghệ dập thủy cơ

chày; 4. Cuối cùng phôi tấm biến dạng theo đúng hình dáng kích thước của
chày ép.
Quá trình dập có thể chia làm các giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Đưa phôi vào khuôn dập.

Giai đoạn 2:
- Phôi được kẹp chặt nhờ cơ cấu chặn phôi
- Không gian ép được hình thành giữa phôi và lòng cối
- Chất lỏng được bơm vào trong lòng cối

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

7

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Giai đoạn 3: Chày đi xuống thực hiện quá trình dập. Áp suất chất lỏng trong
lòng cối tăng tỷ lệ thuận với hành trình của chày và đẩy phôi áp sát vào bề mặt của
chày.

Hình 1.4. Tạo thành gân vuốt bằng chất lỏng khi ép thủy cơ
Dập thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều
chỉnh được tốc độ dập, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp
với từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi
tiết cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.
Với những đặc điểm nổi bật trên, phương pháp dập thuỷ cơ đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và công nghiệp dân

η0 - độ nhớt của chất lỏng ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 20 0C.
p - áp suất.
β - hệ số,nó phụ thuộc vào chất lỏng và nhiệt độ.
Sự thay độ nhớt của chất lỏng theo nhiệt độ tuân theo quy luật hàm số mũ
dưới dạng:
ηt = η0. e −λ( t − t 0 )

(1.2)

Trong đó:
λ - hệ số, phụ thuộc vào chất lỏng ở nhiệt độ 20 0C.
t - nhiệt độ của chất lỏng.
η0 - độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ phòng (20 0C).
Để quá trình ép thuỷ cơ thực hiện bình thường, tính nén

được của chất

lỏng công tác dưới tác dụng của áp suất cao có ý nghĩa quan trọng. Đối với chất
lỏng, sự thay đổi thể tích khi áp suất tăng được xác định theo công thức:

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

9

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



1.2.3 Đặc điểm của phương pháp ép thuỷ cơ
* Lực tác dụng trong ép thủy cơ
Khi ép thủy cơ, có 3 lực tác dụng:

- Áp suất thủy lực để ép phôi áp sát chày, tạo hình theo biên dạng chày, áp lực
tăng khi chiều sâu ép tăng. Cần khống chế đến một áp lực nhất định đủ để áp phôi
vào bề mặt chày và giữ ổn định trong quá trình biến dạng;

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

10

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.5. Lực tác dụng khi ép thủy cơ

- Lực nén của chày để ép phôi tạo hình, hay lực ép vuốt; lực do pitton máy ép, lực
nén cân bằng với lực do áp suất thủy tĩnh theo phương đứng tạo nên;
- Lực ép biên, để giữ phôi, chống nhăn – rách. Nếu lớn quá sẽ gây rách, nhỏ
quá sẽ gây nhăn.
•

Đặc điểm về ép thuỷ cơ
Điểm khác biệt đặc trưng của quá trình ép thuỷ cơ là sự cần thiết phải tạo ra

được áp suất thuỷ tĩnh biến đổi tác dụng vào phôi từ phía cối lỏng. Giá trị áp suất
này, phải đủ lớn để ép chặt phôi vào bề mặt của chày và ngăn sự nhăn của phôi,

- Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng
- Ép thuỷ cơ từ phôi không gian
- Ép thuỷ cơ thuận nghịch
- Ép thuỷ cơ phôi phẳng: Phôi được sử dụng là tấm phẳng. Căn cứ vào đặc
điểm biến dạng có: ép có ép biên hoặc không ép biên. Căn cứ vào cách thoát ra
ngoài của chất lỏng khi chịu nén: ép thủy cơ chất lỏng thoát ra ngoài bằng van tiết
lưu hoặc bằng khe hở giữa phôi và dụng cụ.
- Ép vuốt các phôi không gian: Có hai loại là ép xuôi (b) và ép thuận
nghịch. Cũng tương tự như trong trường hợp ép thuỷ cơ phôi phẳng mà có các
phương pháp pháp như trên.
- Ép thủy cơ thuận nghịch: là phương pháp ép tạo hình 2 mặt xuôi và
ngược để tạo sản phẩm có độ lồi lõm khác nhau.
Ngoài ra, còn có thể căn cứ vào hình dáng của sản phẩm được chế tạo để
phân loại. Theo cách này có ép thuỷ cơ các chi tiết đơn giản, có thể có đối xứng
hoặc không và ép thuỷ cơ các chi tiết có hình dáng phức tạp…
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

12

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ép thuỷ cơ từ phôi phẳng đươc ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng
không và đồ dân dụng. Nó ứng dụng tạo hình các chi tiết có kích thước lớn, hình
dạng phức tạp.
Ép thuỷ cơ từ phôi không gian ứng dụng tạo hình các chi tiết có hình dạng phức
tạp, các chi tiết gồm nhiều mặt trụ có kích thước khác nhau, mặt trụ và mặt cong,
mặt trụ và mặt nón. Ép thuỷ cơ thuận nghịch ứng dụng trong việc tạo hình các chi


14

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

- Tăng lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo ra bởi sự ép mạnh vào
bề mặt chày bằng áp suất thuỷ tĩnh từ phía cối lỏng, do vậy nó loại bỏ được sự trượt
của phôi đối với chày và sự kéo căng của phôi, nhờ vậy mà hệ số dập vuốt được
nâng cao hơn nhiều so với dập trong khuôn kim loại: đến 0,40 đối với thép thấp
cacbon, còn khi sử dụng gân vuốt có thể giảm hệ số dập vuốt đến 0,3. Số lượng các
nguyên công cũng được giảm. Nếu như dập vuốt các chi tiết hình nón hoặc parabol
bằng phương pháp thông thường đòi hỏi phải mất một số nguyên công dập vuốt
trung gian thì bằng phương pháp dập thủy cơ, thì chỉ cần một nguyên công dập.
- Có áp suất thuỷ tĩnh tương đối đồng đều từ phía cối lỏng tác dụng lên trên
bề mặt của phôi. Điều này sẽ làm tăng khả năng biến dạng dẻo của kim loại và độ
đồng đều về cơ lý tính của sản phẩm và dập các chi tiết có hình dáng phức tạp.
- Do sự thay đổi không đáng kể của chiều dày kim loại chỗ chuyển tiếp từ
đáy đến thành chi tiết (khu vực nguy hiểm nhất khi dập vuốt thông thường) nên có
thể dùng những vật liệu mỏng hơn và với bán kính chày rất nhỏ. Đồng thời, do ảnh
hưởng hưởng của khe hở giữa chày và cối không nhạy cảm như dập vuốt thông
thường nên có thể dập trong một lần các chi tiết có chiều dày khác nhau và từ các
vật liệu khác nhau.
- Sự tiêu tốn vật liệu dụng cụ cũng tương đối thấp do sự đơn giản hóa kết
cấu dập và giảm thiểu sự mài mòn dụng cụ. Hơn nữa, khi chuyển sang dập các chi
tiết gần giống chỉ cần thay đổi chày, đồ gá và vòng chặn phôi.
- Chất lượng bề mặt của chi tiết dập rất cao do quá trình vuốt không xảy ra
qua mép cạnh kim loại của khuôn vuốt, vì vậy giảm thiểu các nguyên công chỉnh sửa.


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

1.2.6 Một số sản phẩm dập thủy cơ điển hình
Sản phẩm từ công nghệ dập thủy cơ có mặt trong rất nhiều lĩnh vực để phục vụ
cho nhu cầu ngày càng cao của xã hội và con người.

Hình 1.9.Các chi tiết mui ôtô được dập bằng phương pháp thủy cơ

Hình 1.10.Một số dạng sản phẩm gia dụng dập bằng phương pháp thủy cơ

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

17

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

18

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hình 1.11.Một số loại sản phẩm khác dập bằng phương pháp thủy cơ

như trụ, cầu, parabol.v.v… Các dạng chi tiết đặc trưng và dụng cụ được sử dụng để
tiến hành nghiên cứu thực nghiệm
Ở Việt Nam, đang trong thời kì CNH - HĐH, đặc biệt phát triển các ngành
công nghiệp ôtô, cơ khí nông nhiệp, xe máy, ngành công nghiệp quốc phòng… do
vậy, việc nghiên cứu phương pháp này là một yêu cầu do thực tế đặt ra.
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

20

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chương 1 đã trình bày một cách tổng quan về phương pháp tạo hình có sử dụng
chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp và phương pháp dập thuỷ cơ. Phương pháp dập thuỷ cơ là
một trong những công nghệ cơ bản của phương pháp tạo hình có sử dụng nguồn
chất lỏng thuỷ tĩnh cao áp - phương pháp gia công thuỷ tĩnh. Dưới tác động của áp
suất cao của chất lỏng công tác, kết hợp với phần cứng của chày sẽ tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình biến dạng của phôi, đồng thời cho phép tạo được sự đồng
đều về tính chất cơ lý trong sản phẩm dập mà phương pháp dập truyền thống không
hoặc khó có thể đạt được. Chính vì vậy, phương pháp gia công thuỷ tĩnh nói chung,
phương pháp dập thuỷ cơ nói riêng, ngày càng được ứng dụng hết sức rộng rãi trong
công nghiệp, là giải pháp hữu hiệu nhất trong gia công chế tạo, nhất là các chi tiết
có hình dáng phức tạp, có mức độ biến dạng lớn. Những nghiên cứu này đã cho
thấy những triển vọng và khả năng của phương pháp gia công thuỷ tĩnh và phương
pháp dập thuỷ cơ. Vấn đề nghiên cứu những sơ đồ nguyên lí của phương pháp dập
thuỷ cơ, những kết quả nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm ảnh hưởng của các

chặn phải có độ lớn hợp lí, nếu không sẽ xảy ra kéo đứt phôi do ma sát quá lớn giữa
vành phôi và dụng cụ.
* Phần chuyển tiếp giữa vành phôi và dụng cụ (bán kính góc lượn của cối)
nằm trong trạng thái ứng suất - biến dạng khối phức tạp. Điểm khác biệt cơ bản so
với ép vuốt bình thường là có sự xuất hiện thêm thành phần ứng suất nén σ3 do áp
lực q của chất lỏng chịu nén gây ra. Điều này làm gia tăng đáng kể tính ổn định của
phôi cũng như khả năng biến dạng dẻo của vật liệu, đồng thời giảm thiểu tác hại
của ma sát như trong trường hợp ép vuốt trên chày cứng, cối cứng. Khi ép vuốt
thông thường, xảy ra sự biến mỏng phôi trên phần bán kính lượn của cối, do vậy có
thể dẫn đến sự kéo đứt phôi trong quá trình vuốt. Với sự xuất hiện của thành phần
Học viên: NGUYỄN VĂN QUÝ

22

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ứng suất nén σ3 trong ép thuỷ cơ và không có sự kéo căng phôi trên bán kính lượn
của cối sẽ làm giảm ảnh hưởng xấu nêu ở trên.
* Phần thành trụ (phôi tiếp xúc với mặt trụ của chày) có trạng thái ứng suất hai
chiều (một chiều kéo, một chiều nén). Thành phần ứng suất theo hướng tiếp tuyến σ2 rất
nhỏ có thể coi bằng không. Qua thực nghiệm cho thấy phôi hầu như không bị biến dạng,
tức là không xảy ra sự biến mỏng phôi như trong trường hợp ép vuốt thông thường. Do
không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa phôi và bề mặt của cối nên chất lượng bề mặt của sản
phẩm được tăng lên.
* Phần bán kính lượn đầu chày trong trường hợp ép vuốt thông thường
(chày cứng cối cứng), đây là phần nguy hiểm nhất do có sự biến mỏng đáng kể của
phôi, hơn nữa khi đó phôi nằm trong trạng thái ứng suất kéo hai chiều, làm giảm

24

Cao học CTM Khóa: 2009


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

2.2. Tính toán các thông số công nghệ ép thủy cơ
2.2.1. Tính áp suất chất lỏng
Giá trị áp suất chất lỏng cần thiết trong dập thủy cơ là một trong những thông
số công nghệ cơ bản, có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng của kim loại.
Áp suất làm việc trung bình của chất lỏng công tác tạo hình chi tiết trong dập
thủy cơ được tính như sau (theo Иcаченко [9]) :
Pw =

YS.t
rmin

( 2.1 )

Trong đó:
Pw: Áp suất làm việc trung bình
YS: Giới hạn chảy
rmin: Bán kính cong nhỏ nhất của chi tiết
Trên cơ sở phân tích trạng thái ứng suất biến dạng khi được dập thủy cơ và
căn cứ vào điều kiện đảm bảo cho phôi không bị kéo đứt tại tiết diện nguy hiểm khi
dập, theo Иcаченко [9] điều kiện để dập vuốt thủy cơ là:
σω =

Pq