BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VƯƠNG GIA HẢI

VƯƠNG GIA HẢI

CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH
ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

KHOÁ 2009
Hà Nội – 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

VƯƠNG GIA HẢI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH
ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VĂN NGHỆ

QUY ĐỊNH VỀ HÌNH THỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ
LUẬN VĂN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO THỨ TỰ SAU:
1. Trang bìa luận văn: Mẫu kèm theo
2. Mục lục của luận văn: Ghi chi tiết từng chương mục và số trang của chương mục đó.
3. Nôi dung luận văn: Trình bày rõ các vấn đề theo trình tự:
3.1. Phần mở đầu
- Lý do chọn đề tài
- Lịch sử nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
- Phương pháp nghiên cứu.
3.2. Nội dung:
- Chương 1
- Chương 2
- Chương 3
3.3. Kết luận:
- Những kết luận mới
- Đóng góp mới và kiến nghị của tác giả về sử dụng kết quả nghiên cứu của
luận văn.
3.4 Danh mục các tài liệu tham khảo (có hướng dẫn riêng kèm theo)
- Các phụ lục (nếu có) để làm sáng tỏ nội dung của luận văn.
4. Phải trình bày mạch lạc, rõ ràng, sạch sẽ, theo đúng yêu cầu của các công trình đưa in,
kể cả tài liệu minh hoạ. Các bảng biểu, đồ thị, hình vẽ … nếu trình bày theo chiều
ngang của khổ giấy thì cần được đóng ngay đầu bảng biểu… vào gáy của quyển luận
văn. Các công thức, ký hiệu … nếu phải viết thêm bằng tay thì cần viết bằng mực
đen, rõ ràng, sạch sẽ.
5. Luận văn được in trên một mặt giấy trắng khổ A4 (210 x 297mm), dày không quá 100
trang, không kể hình vẽ, bảng biểu, đồ thị và danh mục tài liệu tham khảo. Đối với
các luận văn về khoa học xã hội khối lượng có thể nhiều hơn 20% đến 30%.
6. Luận văn sử dụng chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo

•
tên các tác giả (không có dấu ngăn cách)
•
(năm công bố), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)
•
“tên bài báo”, (đặt trong ngoặc kép, không in nghiên, dấu phẩy cuối tên)
•
tên tạp chí hoặc tên sách, (in nghiên, dấu phẩy cuối tên)
•
tập (không có dấu ngăn cách)
•
(sổ), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)
•
các số trang, (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc)
(xem ví dụ trang sau tài liệu số 1, 28, 29).
Cần chú ý những chi tiết về trình bày nêu trên. Nếu tài liệu dài hơn một dòng thì
nên trình bày sau cho từ dòng thứ hai lùi vào so với dòng thứ nhất 1 cm để phần tài liệu
tham khảo được rõ ràng và dễ theo dõi.
Dưới đây là ví dụ về cách trình bày trang tài liệu tham khảo:

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Anderson, J.E. (1985), The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case,
American Economic Review, 75(1), pp. 178-90.
2. Borkakati R.P., Virmani S.S. (1997), Genetics of thermosensitive genic male sterility
in Rice, Euphytica 88, pp. 1-7.
3. Boulding, K.E. (1955), Economics Analysis, Hamish Hamilton, London.
4.

(1), tr. 10-16.


a)
b)
c)
d)
e)

Lý do chọn đề tài
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Phương pháp nghiên cứu.
Kết luận


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi. Các
kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được
công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào.
Tác giả

Vương Gia Hải

1
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi dập thủy tĩnh ............................................47
2.1.1. Sơ đồ tải trọng đơn ........................................................................................47
2.1.2. Dập thủy tĩnh có ép dọc trục .........................................................................48
2.1.3. Dập thủy tĩnh có ép phôi theo phương ngang ...............................................50
2.1.4. Dập thủy tĩnh với lực ép dọc trục phôi và các vấu........................................51
2.1.5. Dập thủy tĩnh có ép dọc trục và uốn ngang phôi...........................................53
2.1.6. Cơ sở tính toán các thông số năng lượng lực khi dập thủy tĩnh....................54
2.2. Một số nghiên cứu về công nghệ tạo hình bằng áp lực cao từ bên trong (nguồn
áp lực được tạo ra từ chất lỏng)...............................................................................78
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH CHI TIẾT
DẠNG ỐNG...................................................................................................................80
3.1. Thiết kế công nghệ dập thủy tĩnh các chi tiết dạng ống ......................................80
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý..............................................................................................80
3.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống .................80
3.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.................................................................81
3.2. Tính toán các thông số công nghệ trong dập thủy tĩnh các chi tiết dạng ống .....82
3.2.1. Áp lực chất lỏng trong khoang phôi..............................................................82
3.2.2. Lực ép dọc trục phôi......................................................................................82
3.2.3. Lực giữ khuôn khi dập thủy tĩnh ...................................................................84
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY TĨNH
CHI TIẾT KHUNG XE Ô TÔ TỪ PHÔI ỐNG.............................................................88
4.1. Nghiên cứu mô phỏng số trong thiết kế, tối ưu công nghệ..................................88
4.1.1 Giới thiệu các phương pháp mô phỏng gia công ...........................................90

3
 

Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

DANH MỤC CÁC BẢNG
 

BẢNG

NỘI DUNG
Các trị số áp lực tính toán thực nghiệm khi dập thủy tĩnh các mối

2.1.

nối chữ T với σ S = 413MPa

Các trị số cần thiết của hệ số và chỉ số mức độ để tính áp lực khi dập
2.2

các chi tiết trục đối xứng

2.3

Giới thiệu các hệ số để tính áp lực dập các chi tiết đối xứng.

5
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Hình 1.6 Các chi tiết khác

7

Hình 1.7 Sơ đồ dập thủy tĩnh dạng phôi tấm

8

Hình 1.8 Sơ đồ dập thủy tĩnh dạng phôi ống

9

Hình1. 9 Các bước công nghệ tạo hình sản phẩm ống chữ T

10

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí dập thủy tĩnh cặp vật liệu tấm

11

Hình 1.11 Tấm nắp (coverplate)

12

Hình 1.12 Các chi tiết của ôtô

13

Hình 1.13 Các sản phẩm từ phôi ống



Hình 1.22 Chi tiết dạng nhóm III

22

Hình 1.23 Chi tiết dạng nhóm IV

6
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

23

Hình 1.24 Chi tiết dạng nhóm V

24

Hình 1.25 Chi tiết dạng nhóm VI

25

Hình 1.26 Chi tiết dạng nhóm VII

26

Hình 1.27 Chi tiết dạng nhóm VIII


34

Hình 2. 2 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi ống

35

Hình 2. 3 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh ép phôi theo phương
ngang

36

Hình 2. 4 Trạng thái ứng suất ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 của dập thủy
tĩnh với ép dọc trục không có lực ép bổ sung (a) và giai đoạn 2 (3) dập
thủy tĩnh với ép dọc trục bổ sung theo toàn bộ tiết diện ngang của phôi tại
nơi tạo hình.

7
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

37

Hình 2. 5 Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc và uốn ngang.

38

nghiêng giữa trục vấu và trục phôi α = 650

44

Hình 2. 12 Sơ đồ lực khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép dọc trục
bổ sung vùng tạo hình

45

Hình 2. 13 Sự thay đổi áp suất theo tỷ lệ ∆l/d

46

Hình 2.14 Khuôn dập thủy tĩnh

47

Hình 3. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dập thủy tĩnh chi tiết dạng ống

8
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

48

Hình 4.1 Những ưu điểm của mô phỏng số


Hình 4. 9 Chia lưới toàn bộ các phần tử của hệ thống

57

Hình 4. 10 Lựa chọn các thông số chuẩn bị cho hệ thống

58

Hình 4. 11 Lựa chọn vật liệu cho chi tiết

59

Hình 4. 12 Đường cong biến dạng của vật liệu

60

Hình 4. 13 Đường cong ứng suất

61

Hình 4. 14 Quá trình biến dạng

62

Hình 5. 2 Mô hình thí nghiệm

63

Hình 5. 3 Kích thước phôi


Hình 5. 8 Tấm đế lòng khuôn dưới

70

Hình 5. 9 Đế lòng khuôn trên

71

Hình 5.10 Giá đỡ xi lanh dọc trục

72

Hình 5. 11 Kết cấu Pistong xi lanh dọc trục và piston-xilanh giữ khuôn

10
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

MỞ ĐẦU
Phương pháp dập thủy tĩnh tạo hình các chi tiết dạng ống ngày càng được ứng
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như: hàng không, vũ trụ, ôtô, hóa
học, đồ gia dụng… nhờ những ưu điểm nổi bật: tăng khả năng biến dạng của vật liệu,
nâng cao độ chính xác cũng như chất lượng của bề mặt, độ dày của vật liệu được đảm
bảo, cơ – lý tính của vật liệu tốt. Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán công nghệ dập thủy
tĩnh chi tiết dạng ống vẫn chưa được nghiên cứu một cách sâu rộng và ứng dụng vào

Vương Gia Hải

12
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH THỦY LỰC
1.1. Vài nét về lịch sử phát triển của công nghệ tạo hình thủy lực
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam công nghệ dập bằng môi trường chất lỏng mới ở giai đoạn bắt đầu tìm
hiểu công nghệ. Việc nghiên cứu về dập thủy lực cũng mới được đề cập đến trong một
số đề tài nghiên cứu cấp nhà nước như đề tài KC.05.19 – “Nghiên cứu công nghệ dập
bằng áp lực cao bên trong để chế tạo những chi tiết có hình dạng phức tạp trong ôtô, xe
máy” của trường ĐHBK – HN, đề tài KC.05.23 – “Dập thủy động các chi tiết dụng cụ
dập thể tích” của viện công nghệ Bộ Quốc phòng, mô phỏng số quá trình dập thủy cơ
chi tiết đối xứng trục – Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7
– 2004, Nghiên cứu các thông số công nghệ trong quá trình tạo hình các chi tiết không
gian rỗng từ phôi tấm bằng phương pháp dập thủy cơ – luận văn thạc sỹ tại ĐHBK –
HN và Học viện KTQS…
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Tại Liên Xô (cũ), việc nghiên cứu công nghệ dập bằng chất lỏng được tiến hành ở
trường Đại học Bách khoa Leningrat (nay là Đại học Kỹ thuật tổng hợp Quốc gia Sankt
– Peterburg – CHLB Nga) và đã được áp dụng trong sản xuất. Kết quả của các nghiên
cứu này đã được đăng trong các công trình nghiên cứu khoa học ở Nga và các nước
khác… Tại Đức, nhiều nhà nghiên cứu cũng đã thành công và đưa vào áp dụng công
nghệ này trong các nhà máy chế tạo phụ tùng ôtô ở Đức và một số nước Châu Âu. Đã

(lightweight construction) cũng như nhu cầu về dạng cấu trúc nhẹ ngày càng tăng đòi
hỏi công nghệ tạo hình phải đáp ứng cho nó. Một bước tiến quan trọng vượt qua những
giới hạn của công nghệ tạo hình truyền thống là quá trình tạo hình thủy lực, nó được
đặc trưng bởi tính linh động cao, cho phép chế tạo những dạng chi tiết phức tạp ngay
cả khi sử dụng thép hợp kim có độ bền cao hoặc hợp kim nhôm và mangan nhẹ. Tương
phản với tạo hình thủy lực của ống và những profile khác được biết đến nhiều trong
sản xuất công nghiệp từ thập niên 1990, những ứng dụng để tạo hình kim loại tấm được
giới hạn trong một vài trường hợp riêng biệt ở quá khứ mặc dù những thuận lợi về
công nghệ đã có nhiều thay đổi. Từ năm 2000, môi trường làm việc dựa trên cơ sở quá
trình tạo hình kim loại tấm (với khí và nước – dầu – nhũ tương như những môi trường
14
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

làm việc) đã được phối hợp nghiên cứu trong chương trình DFG Priority Programme
SPP 1089 “Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechunformung”. Công việc
nghiên cứu chuyên sâu tổng hợp trong 31 dự án về lý thuyết, thiết bị, thiết kế quy trình
và cả quá trình ứng xử của vật liệu bằng mô phỏng và thực nghiệm để đưa ra những
hiểu biết cơ sở cho những ứng dụng tương lai của dập vuốt thủy cơ, tạo hình thủy lực
tấm kép, tạo hình kim loại tấm áp suất cao và môi trường làm việc dựa trên cơ sở quá
trình tạo hình tốc độ cao (hydromechanical deep drawing, hydroforming of double
sheets, high – pressure sheet metal forming, and working media based high – speed
forming processes). Những chi tiết có hình dạng phức tạp được tạo hình tố do tính ổn
định và cải tiến của kỹ thuật điều khiển quá trình tạo hình mới này. Phạm vi ứng dụng
có thể được mở rộng để tạo hình thủy lực như phôi hàn, phôi cán hàn và phôi kết
nối…(Steel research international 76. 2005, No.12, December. Publishers: Steel

hiện nay, vì vậy sản phẩm đạt được có tính thẩm mĩ cao, chất lương tốt và đạt được các
tính năng yêu cầu. Tạo hình bằng phương pháp này cho ta sản phẩm không bị chày

16
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

xước bề mặt như dập vuốt thông thường, giảm được biến thành mỏng, độ biến dạng
của chi tiết đồng đều, tạo hình được các chi tiết phức tạp, giảm được số lần dập…
Một số sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp dập thủy cơ:

 
Hình 1.23 Chi tiết vỏ xe ôtô

17
 


Học viên: VƯƠNG GIA HẢI

Cao học CNCK Khóa 2009

\

 
Hình 1.24 Các chi tiết trong ôtô