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

NGUYỄN THỊ THU

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ và kích thước hình học cối đến khả năng tạo
hình trong dập thủy tĩnh phôi tấm
Ngành: Kỹ thuật vật liệu
Mã số: 9520309

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
Hà Nội – 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội

cối d = 70 mm)
- Áp suất tạo hình (áp suất lòng cối) Pth = 0÷600 bar
- Áp suất chặn (lực đóng khuôn) Qch= 0 ÷150 bar
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa
nghiên cứu phân tích lý thuyết, mô phỏng số với nghiên cứu thực
nghiệm.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• Ý nghĩa khoa học
- Xây dựng và phát triển cơ sở khoa học để giải thích ảnh
hưởng của thông số hình học của khuôn; thông số hình học của


2
phôi và thông số công nghệ cơ bản trong dập thủy tĩnh phôi tấm.
Xây dựng được mối quan hệ giữa lực chặn phôi, chiều
sâu tương đối của cối và chiều dày tương đối của phôi với áp suất
chất lỏng tạo hình, bán kính đáy sản phẩm và mức độ biến mỏng.
• Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể định hướng cho
triển khai áp dụng trong thực tiễn sản xuất. Có thể áp dụng vào
sản xuất các sản phẩm dạng tấm tương tự với dải kích thước phù
hợp. Ngoài ra, với các sản phẩm có kích thước lớn hơn, phương
pháp nghiên cứu của luận án cũng có thể được áp dụng để nghiên
cứu và sản xuất trong thực tiễn.
- Góp phần xây dựng hệ thống thí nghiệm dập thủy tĩnh
phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo. Hệ thống thí nghiệm của luận
án có thể được dùng để nghiên cứu và phát triển các vấn đề khác
trong DTT phôi tấm. Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được sử
dụng như một thiết bị thí nghiệm phục vụ cho sinh viên đại học

biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của cối (Dập thủy tĩnh) hoặc
biên dạng của chày kết hợp với một số chuyển động của khuôn
(Dập thủy cơ).
1.1.1 Công nghệ dập thủy cơ
Dập thủy cơ (DTC) là phương pháp tạo hình vật liệu nhờ
nguồn chất lỏng cao áp được sinh ra do chuyển động cơ khí của
dụng cụ tạo hình.
1.1.2. Công nghệ dập thủy tĩnh
Dập thủy tĩnh (DTT) là công nghệ sử dụng nguồn chất lỏng
công tác có áp suất cao (dầu, nước) có chức năng như chày dập
tạo hình, tác dụng trực tiếp vào bề mặt phôi tấm hoặc phôi ống
làm biến dạng phôi theo biên dạng của lòng cối để tạo hình chi
tiết.

Hình 1. 3 Sơ đồ quá trình tạo hình thủy tĩnh phôi tấm [65]
1.2. Tổng quan về kết quả nghiên cứu về công nghệ dập thủy
tĩnh phôi tấm
1.2.1. Trên thế giới
Qua khảo sát các tài liệu, bài báo công bố trong vòng 30 năm qua
và đặc biệt trong 5 năm trở lại đâu có thể tổng kết, các nhà khoa
học trên thế giới tập cung vào các vấn đề sau:
- Công nghệ và các thông số cơ bản
- Các phương pháp tạo hình
- Phát triển thiết bị và khuôn


4
- Vật liệu sử dụng cho DTT
1.2.2 Tại Việt nam
Với những ưu điểm nổi trội so với công nghệ GCAL truyền

khuôn dập tích hợp với hệ thống đo có khả năng triển khai thực
tiễn là vấn đề rất quan trọng để nghiên cứu công nghệ DTT, tuy
nhiên cũng chưa có hệ thống thiết bị phù hợp cho DTT chi tiết
trụ;


5
Luận án sẽ tập trung nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa
các thông số công nghệ và thông số hình học khuôn để tạo hình
khi DTT phôi tấm, từ đó xác định chế độ công nghệ hợp lý nhằm
đạt được độ chính xác sản phẩm cao nhất.
1.4 Cơ sở lý thuyết về dập thủy tĩnh phôi tấm
1.4.1 Quá trình DTT phôi tấm
Quá trình DTT phôi tấm có thể chia thành 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: đóng khuôn. Phôi tấm được định vị và kẹp
chặt giữa vành cối và tấm chặn nhờ lực chặn, sau đó chất lỏng
được bơm vào khuôn, tác dụng vào bề mặt phôi tấm.
- Giai đoạn 2: tạo hình tự do. Phôi tấm bị kéo vào lòng cối
dưới tác dụng của áp suất chất lỏng, phôi phồng lên và hình thành
dạng chỏm cầu.
- Giai đoạn 3: điền đầy lòng khuôn. Áp suất chất lỏng tăng
cao, đủ lớn để ép phôi kim loại biến dạng vào các vị trí góc lượn
đáy cối và tạo ra hình dạng sản phẩm.
1.4.2 Giai đoạn biến dạng tự do
Giai đoạn biến dạng tự do được bắt đầu từ khi phôi bị phồng dưới
tác dụng của áp suất chất lỏng cho đến khi phôi chạm vào đáy
cối.
1.4.3 Giai đoạn điền đầy lòng khuôn
Khi điền đầy lòng khuôn, áp suất chất lỏng sẽ tăng cao hơn nhiều
so với giai đoạn biến dạng tự do.

nghiệm
Chương 2. NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ
TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHÔI TẤM
2.1. Mô phỏng số trong Gia công áp lực
Có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả
trong ngành Gia công áp lực là mô phỏng vật lý và MPS.
2.2 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm với phần
mềm Dynaform
2.2.1 Lựa chọn chi tiết
Chi tiết cần khảo sát được lựa chọn như hình 1.33
Với kích thước sản phẩm lựa chọn ta có:
- Đường kính phôi: Do = 110 mm
𝑑
- Hệ số dập vuốt m = = 0.63
𝐷𝑜

2.2.2. Vật liệu phôi
Vật liệu sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm là thép DC04
có chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của thép DC04 [46]
Mác
C (%)
Mn(%)
P(%)
S(%)
thép
DC04
max 0.08 max 0.4
max 0.03 max 0.03


- Điều kiện tiếp xúc: nên hệ số ma sát giữa phôi và bề mặt
cối cũng như giữa phôi là tấm chặn lựa chọn là µ = 0.2
- Điều kiện biên chuyển vị:
Cối đứng yên; Phôi bị kéo vào lòng cối dưới tác dụng của áp
suất chất lỏng; Quá trình kết thúc khi phôi điền đầy cối.
- Điều kiện biên áp suất chặn và áp suất tạo hình:
Áp suất chặn: Việc lựa chọn giá trị áp suất chặn đưa vào phần
mềm dựa vào các nghiên cứu trên thế giới [57, 86] cho sản phẩm


8
có kích thước tương tự và khảo sát cụ thể miền giá trị phù hợp
bằng mô phỏng thử nghiệm.
Áp suất chất lỏng: Lựa chọn giá trị áp suất chất lỏng tạo hình
dựa trên các nghiên cứu cho sản phẩm có kích thước tương tự
[57, 86] và quá trình thử nghiệm mô phỏng.
d) Chọn bài toán
Mô hình sau khi được thiết lập vào Dynaform có thể tiến
hành tính toán mô phỏng. Mô hình bài toán được lựa chọn là DTT
tấm đơn.
2.2.4 Các thông số đầu vào và đầu ra của bài toán mô phỏng
Bảng 2.4 Thông số phôi
Vật liệu
DC04
Đường kính phôi
110 mm
Chiều dày So
0.8 mm; 1.0 mm; 1.2 mm
Chiều dày tương đối S* =
0.73; 0.91; 1.09

(mm)
Mức độ biến mỏng lớn nhất γmax
(%)
của sản phẩm
2.2.5 Xác định miền áp suất chặn thích hợp
Áp suất chặn được coi là thích hợp khi đảm bảo được các
yêu cầu đối với sản phẩm như:
- Chiều sâu tương đối H* phải đảm bảo theo thiết kế


9

Áp suất tạo hình Pth (bar)

- Tạo hình được sản phẩm phải có dạng hình trụ với bán
kính đáy Rd
Bảng 2.7 Các miền giá trị khảo sát của áp suất chặn và áp suất
tạo hình
S*
H*
Qch (bar)
0.73
23
60÷125
26
65÷120
29
70÷115
0.91
23


300
60

80

100

120

Áp suất chặn phôi Qch (bar)
Hình 2. 8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.73


Áp suất tạo hình Pth (bar)

10
550
500
450
H*=29
400

H*=23

350

H*=26

300


120

Áp suất chặn phôi Qch (bar)
Hình 2. 10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =1.09

Nhận xét chung: Qua các đồ thị hình 2.8, 2.9, 2.10 cho thấy
xu hướng áp suất chặn tăng thì áp suất chất lỏng tạo hình cũng
tăng lên. Qua khảo sát, dải áp suất tạo hình phù hợp cho cả 3 loại
chiều dày phôi được lựa chọn là Pth = (350 ÷ 550) bar.
2.2.7 Khảo sát quan hệ áp suất chặn Qch với bán kính sản
phẩm Rd
Qua khảo sát đã xây dựng được đồ thị quan hệ của áp suất
tạo hình Pth và bán kính bán kính đáy sản phẩm Rd như sau:


Bán kính đáy sản phẩm
R d (mm)

11
6,70
6,60
6,50
6,40
6,30
6,20
6,10
6,00
5,90


80

100

120

Áp suất chặn Qch (bar)

Bán kính đáy sản
phẩm Rd (mm)

Hình 2. 14 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của
phôi S* = 0.91
13,00
12,00

H*=29

11,00

H*=23

10,00

H*=26

9,00

60


- Từ kết quả mô phỏng cho thấy, chi tiết bị biến mỏng lớn
nhất tại vùng đáy sản phẩm (vùng màu đỏ).
- Chi tiết bị tăng dày phần ngoài biên vành, điểm này
giống với công nghệ dập vuốt truyền thống.
- Dựa vào ảnh đồ, xác định được vùng có mức độ biến
mỏng lớn nhất, và giá trị biến mỏng cao nhất thể hiện trên cột chỉ
màu. Đây cũng là giá trị được sử dụng để xác định mức độ biến
mỏng lớn nhất γmax.


13

Mức độ biến mỏng lớn nhất
γmax (%)

16
15
14
13
12
11

S* = 0.73

10

S* = 0.91

9



S*=0.91

9

S* = 1.09

8
70

80

90

100

110

120

Áp suất chặn Qch (bar)

Mức độ biến mỏng lớn nhất
γmax (%)

Hình 2.18 Mối quan hệ giữa biến mỏng lớn nhất γmax và áp suất chặn
Qch khi S*=0.91
17
16
15

chặn phôi tăng thì mức độ biến mỏng lớn nhất sẽ tăng.
Ở cùng chiều sâu tương đối của cối H*, cùng áp suất chặn
Qch, mức độ biến mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào chiều dày
tương đối S* của phôi. Chiều dày tương đối của phôi S* càng lớn
thì mức độ biến mỏng lớn nhất γmax càng giảm.
Ở cùng chiều dày tương đối S* được xét, cùng áp suất chặn
Qch, mức độ biến mỏng lớn nhất γmax phụ thuộc vào chiều sâu
tương đối của cối H*. Chiều sâu tương đối H* tăng thì mức độ
biến mỏng lớn nhất γmax cũng tăng lênChiều sâu tương đối tăng
thì mức độ biến mỏng cũng tăng.
Kết luận chương 2
- Kết quả MPS cho thấy được xu hướng mối quan hệ giữa
các yếu tố được xét (Qch, H*, S*) với các yếu tố mục tiêu (Rd,
γmax, Pth). Điều này giúp định hướng việc đánh giá kết quả về mức
độ cũng như ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát sau này.
- Miền áp suất chặn hợp lý tìm được là Qch = (80 ÷ 115) bar,
tương ứng với miền giá trị áp suất tạo hình Pth = (350 ÷ 550) bar
sẽ làm cơ sở quan trọng cho việc xây dựng hệ thống thí nghiệm
và khảo sát thực nghiệm ở các chương sau.
Chương 3. HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM
3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm
Căn cứ vào các nghiên cứu về hệ thống thiết bị trong công
nghệ dập thủy tĩnh và yêu cầu của các thông số công nghệ cần
khảo sát, hệ thống thực nghiệm bao gồm 04 môđun được xây
dựng như trên sơ đồ hình 3.1
Các thành phần của hệ thống bao gồm:
- Máy ép thủy lực (METL) 125 Tấn
- Khuôn thực nghiệm.
- Hệ thống đo thông số áp suất – hành trình, kết nối với
máy tính.

hành trên máy đo quang học µM21.
Thiết bị đo chiều dày
Tiến hành trên máy chụp mẫu đo độ cứng tế vi FM700, Hãng
Future Tech.
3.2. Lắp ráp kết nối hệ thống thực nghiệm
Sau khi các module của hệ thống thực nghiệm được tính toán,
thiết kế, lựa chọn; đã tiến hành kết nối, lắp ráp các modul với
nhau


16

Hình 3. 18 Hệ thống thực nghiệm được lắp ráp
3.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm
+ Mức độ biến mỏng: mức độ biến mỏng γ ≤ 20%
+ Sai số kích thước: dung sai cho phép nhỏ hơn 5%
+ Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị cào xước…)
+ Sai số về hình dạng: không nhăn, rách.
3.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm
Yêu cầu đối với chi tiết thực nghiệm đạt chất lượng:
+ Mức độ biến mỏng lớn nhất: dựa vào các chỉ tiêu cho các sản
phẩm dập tấm ứng dụng trong dập chi tiết vỏ mỏng như vỏ xe
oto, nên yêu cầu cho sản phẩm dập không bị biến mỏng quá mức
dẫn đến hư hỏng chi tiết trong quá trình làm việc, hoặc phân bố
chiều dày trên sản phẩm phải đồng đều theo yêu cầu kỹ thuật của
chi tiết chế tạo, cụ thể mức độ biến mỏng γi ≤ 20% [81].
+ Sai số kích thước: đạt được các kích thước theo bản vẽ chi tiết
dập với các sai số nằm trong vùng dung sai kích thước cho phép
nhỏ hơn 5%.
+ Chất lượng bề mặt sản phẩm (không bị xước…)

Áp suất chất lỏng cần thiết
Pth = 450 bar
Sau khi tiến hành tính toán mô phỏng, kết quả sản phẩm được
thể hiện trên hình 3.19 với các kích thước sản phẩm được cho
trong bảng 3.3:
Bảng 3. 3 Thông số đầu ra của sản phẩm
Chiều cao sản phẩm
h =16.0 mm
Đường kính sản phẩm
d =70.0 mm
Bán kính miệng sản phẩm
Rm = 5.0 mm
Bán kính đáy sản phẩm
Rd = 6.08 mm
Như vậy, sản phẩm đã đạt được các thông số hình học như
thiết kế ban đầu.

Hình 3. 19 Mô tả các vùng biến dạng của sản phẩm
So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả MPS trong bảng 3.5
ta có:
Bảng 3. 5 Kết quả so sánh giữa MPS và thực nghiệm
S0
Qch
Pth
Rd
γmax (%)
TT
(mm) (bar)
(bar)
(mm)

nghệ tới quá trình tạo hình DTTvà độ chính xác của sản phẩm.
Kết luận chương 3
Hệ thống thực nghiệm công nghệ DTT phôi tấm được xây
dựng gồm 4 mô-đun chính: máy ép thủy lực 125 tấn; khuôn thủy
tĩnh; bơm cao áp CP 700; hệ thống đo kết nối máy tính.
Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả của trường
hợp MPS và cho thấy các sai số về hình dạng, thông số công nghệ
đều nhỏ hơn 5%. Như vậy, mô hình bài toán với các điều kiện
biên mô phỏng đạt yêu cầu, hệ thống thực nghiệm đã xây dựng
có độ tin cậy cao và được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các
yếu tố công nghệ và hình học khuôn ở chương sau
Chương 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY
TĨNH PHÔI TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH
THỰC NGHIỆM
4.1 Giới thiệu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm
4.2 Xác định các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán thực
nghiệm
Bảng 4. 1 Các yếu tố đầu vào và đầu ra của bài toán
Thông số đầu vào
Chiều sâu tương
đối của cối
ℎ
H* = ∗ 100
𝑑
Chiều dày tương
đối của phôi
𝑆
S*= 𝑜 ∗ 100
𝐷𝑜



Áp suất chất
lỏng tạo
hình Pth
(bar)

Pth = f(Qch,H*,S*)

Một số hình ảnh sản phẩm thực nghiệm:

Hình 4.1 15 thí nghiệm theo bảng ma trận thực nghiệm
Sau khi thí nghiệm, tiến hành đo ta được kết quả sau:
Bảng 4. 3 Bảng kết quả đo
No
Rd (mm)
Pth (bar)
ɛ (%)
1
6.31
360
10.00
2
6.35
500
15.00
3
6.36
350
11.25
4

12.50
12
9.15
468
15.35
13
6.34
490
12.90
14
7.59
505
12.50
15
8.23
445
15.15


20
- Áp suất chặn – Qch (bar) ∈ {76; 80; 97.5; 115; 119}
được mã hóa trong ma trận thực nghiệm bởi x1
- Chiều sâu tương đối của cối H*- ∈ {22; 23; 26; 29; 30}
(tương ứng với chiều sâu cối h = 16, 18, 20) được mã hóa trong
ma trận thực nghiệm bởi x2
- Chiều dày tương đối S*- ∈ {0.7; 0.73; 0.91; 1.09; 1.12}
(tương ứng với các chiều dày So = 0.8; 1.0; 1.2 mm) được mã hóa
trong ma trận thực nghiệm bởi x3
Sử dụng quy hoạch trực giao cấp 2 để nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số công nghệ.

a)
b)
Hình 4. 5 Bán kính đáy sản phẩm khi áp suất chặn Qch = 80bar
a- Đồ thị 3D; b- Đường bình độ
Nhận xét:
Bán kính góc lượn tại đáy sản phẩm Rd đều phụ thuộc vào ba
yếu tố được xét (Qch, H*, S*).
Chiều dày tương đối của phôi S* tăng thì bán kính Rd cũng
tăng lên đáng kể.
Bán kính đáy Rd không phụ thuộc vào áp suất chặn một cách
đồng biến.Tồn tại giá trị Qch tối ưu để đạt được Rd là nhỏ nhất
trong từng trường hợp.
Chiều sâu tương đối H* tăng, bán kính đáy sản phẩm Rd cũng
tăng lên.
4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*)
đến mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax
Xác định được phương trình hồi quy cho mức độ biến mỏng
lớn nhất như sau:
γ max = y = 14.91 +2.62x1 + 1.57x2+ 1.46x2x3 – 1.47x32 (4.12)
Đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào, xét:
y1(x1,1,1) = 16.47 + 2.62 x1
y2(1,x2,1) = 16,06 + 3,03 x2
y3(1,1,x3) = 19,1 + 1.46 x3 - 1.47 x32
Dựa vào các hệ số của ba phương trình trên, yếu tố chiều
sâu tương đối của cối H* ảnh hưởng nhiều nhất tới γmax, sau đó
đến áp suất chặn Qch và cuối cùng là chiều dày tương đối của
phôi S*.
Chuyển sang biến thực (Qch, H*, S*) thu được kết quả sau:
γmax = 13.08+0.15Qch-1.94H*+2.7H*S*-45.37S*2+12.37S*


(4.3*)
Xét trong từng trường hợp cố định như trên, có những nhận
xét sau:
- Áp suất tạo hình Pth phụ thuộc vào cả ba yếu tố được xét
(Qch, H*, S*)
- Áp suất tạo hình Pth tăng khi áp suất chặn Qch tăng.
- Nhìn chung áp suất tạo hình Pth tăng khi chiều dày tương
đối S* tăng.
- Nhìn chung chiều sâu tương đối của cối tăng lên nhiều thì
áp suất tạo hình Pth giảm, bởi diện tích vành phôi ở khuôn có


23
chiều sâu cao sẽ nhỏ hơn khuôn có chiều sâu thấp.
Kết luận chương 4
- Các phương trình (4.1*), (4.2*) và (4.3*) cho phép đánh giá
sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào (Qch, H*, S*) đến giá trị các
yếu tố đầu ra (Pth, Rd, γmax). Mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố
đầu vào tới từng yếu tố đầu ra là khác nhau. Các phương trình
cho phép lựa chọn bộ thông số hợp lý nhất để sản phẩm đạt bán
kính nhỏ nhất, mức độ biến mỏng nằm trong khoảng cho phép và
áp suất tạo hình phù hợp nhất.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung:
1. Đã xác định được miền giá trị của áp suất chặn phôi Qch
= (80 ÷ 115) bar để đảm bảo tạo hình chi tiết cốc trụ với kích
thước chiều sâu tương đối của cối H* = 23; 26; 29 và chiều dày
tương đối của phôi S* = 0.73; 0.91; 1.09, đồng thời xây dựng
được mối quan hệ giữa Qch và các thông số khác như áp suất chất
lỏng tạo hình Pth, mức độ biến mỏng lớn nhất của phôi γmax và