Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản khi lăn ép đến khả năng tạo hình tấm dày có biên dạng phức tạp ứng dụng trong công nghệ đóng tàu

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu xây dựng bài toán lăn ép dựa trên lý thuyết gia công áp lực; lý giải các nguyên nhân hiện tượng phôi tấm cong khi lăn ép; nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản trong quá trình tạo hình bán kính cong của phôi tấm. Từ đó, thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và bán kính cong của tấm theo thiết kế, áp dụng trong chế tạo thử nghiệm các chi tiết trong vỏ tàu thuỷ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản khi lăn ép đến khả năng tạo hình tấm dày có biên dạng phức tạp ứng dụng trong công nghệ đóng tàu

1 A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Cơ sở lựa chọn đề tài luận án Hiện nay, công nghệ chế tạo các chi tiết vỏ có biên dạng phức tạp từ tấm dày sử dụng chủ yếu là cắt, gò, hàn, gia công nhiệt, hay tạo hình thủ công trên các thiết bị vạn năng. Trên cơ sở đề xuất ý tưởng nâng cao năng suất và chất lượng chế tạo vỏ tàu thuỷ, trong khuôn khổ luận án tiến sĩ đề xuất nội dung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lăn ép cơ bản đến quá trình tạo hình sản phẩm tấm nhằm phát triển công nghệ lăn ép về mặt lý thuyết, đồng thời áp dụng các kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế qui trình công nghệ chế tạo vỏ tàu. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng bài toán lăn ép dựa trên lý thuyết gia công áp lực; Lý giải các nguyên nhân phôi tấm cong khi lăn ép; Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính tới bán kính cong của phôi tấm, từ đó thiết lập mối quan hệ giữa các thông số công nghệ khi lăn ép để tạo hình các tấm có bán kính cong theo thiết kế và áp dụng trong chế tạo thử nghiệm các chi tiết trong vỏ tàu thuỷ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Vật liệu thép tấm dày từ 10 đến 30mm có mác SS400. - Thiết bị thực nghiệm: Máy ép thủy lực 1500T, cụm con lăn có vận tốc từ 5 đến 30 vòng/phút. 4. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học - Đã hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về công nghệ lăn ép, phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng trên phôi tấm khi lăn ép để làm rõ bản chất của việc tạo hình tấm trên trục lăn có biên dạng, đường kính khác nhau. - Đã phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình lăp ép tới bán kính cong sản phẩm. - Đã xây dựng hàm số biểu diễn quan hệ giữa các thông số công nghệ với bán kính cong sản phẩm dựa trên các kết quả thực
2 nghiệm, từ đó lựa chọn được thông số công nghệ đầu vào phù hợp để tạo hình sản phẩm tấm với bán kính cong theo thiết kế. - Có thể làm tài liệu tham khảo phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực chuyên ngành. b) Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu mở ra khả năng ứng dụng công nghệ tạo hình mới cho độ chính xác và nâng năng suất khi chế tạo chi tiết vỏ tàu thủy. - Ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào việc lập quy trình và lựa chọn thông số công nghệ phù hợp khi chế tạo các chi tiết tấm dày có biên dạng cong phức tạp. - Sự thành công của công trình nghiên cứu sẽ góp phần làm chủ thiết bị và công nghệ của ngành đóng tàu Việt Nam, tăng khả năng tự động hóa trong sản xuất, chế tạo tàu thủy, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu nhập khẩu và tránh ô nhiễm môi trường. 6. Các đóng góp mới của luận án - Làm rõ bản chất quá trình lăn ép để tạo hình tấm dựa trên trường phân bố ứng suất và biến dạng. - Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ: lực ép, mức độ biến dạng, vận tốc lăn ép tới bán kính sản phẩm khi lăn ép. - Xây dựng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu quá trình lăn ép và khảo sát mối quan hệ giữa các thông số công nghệ cơ bản với bán kính cong của tấm. - Xây dựng hệ thống thực nghiệm để xác định các thông số công nghệ trong quá trình lăn ép. - Xây dựng được hàm thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ cơ bản và bán kính sản phẩm tạo hình. B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ TỪ TẤM DẦY 1.1 Chi tiết tấm hình dạng phức tạp, cỡ lớn trong công nghiệp đóng tàu Các chi tiết trong vỏ tàu thủy thường có biên dạng cong phức tạp, chúng được chế tạo từ các tấm dày từ 10 đến 30 mm,
3 có kích thước nhỏ mỗi chiều từ 1 đến 3 m, sau đó hàn ghép lại. [1, 8, 13, 14, 16, 20]. 1.2 Các phương pháp truyền thống để tạo hình các chi tiết vỏ có biên dạng cong phức tạp Công nghệ chủ yếu được sử dụng hiện này là dập, uốn, nắn, gia nhiệt cục bộ trên các thiết bị máy ép thuỷ lực vạn năng [1, 9, 15, 16] trình bày trong hình dưới đây (hình 1.5): Hình 1.5 Một số hình ảnh công nghệ tạo hình tấm 1.3 Công nghệ lăn ép Lăn ép là công nghệ tạo hình chi tiết từ phẳng thành cong hoặc cong từ bán kính lớn thành cong với bán kính nhỏ hơn. Phôi tấm được hai trục lăn quay, kéo qua khe hở giữa hai trục lăn, dưới tác dụng của lực ép từ hai con lăn ép lên phôi. Sau khi ra khỏi khe hở giữa hai trục lăn, phôi bị biến dạng cong lên Như vậy, có thể coi lăn ép tương tự như quá trình cán không đối xứng (hình 1.10). Hình 1.10 Một số hình ảnh về thiết bị lăn ép & sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp lăn ép 1.4 Những kết quả nghiên cứu về công nghệ lăn ép Trên thế giới, những công trình nghiên cứu về công nghệ lăn ép, ảnh hưởng của các thông số công nghệ như lực ép, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, thông số hình học của trục lăn,
4 ma sát, chiều dày của tấm bằng các phương pháp giải tích, đều kết luận rằng các thông số nêu trên có ảnh hưởng đến mức độ cong của phôi sau khi qua khe hở giữa hai trục lăn. Ở trong nước, nghiên cứu của các tác giả thuộc bộ môn Gia Công áp lực - trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu lý thuyết, tính toán giải tích và xây dựng thiết bị thử nghiệm để đánh giá khả năng công nghệ. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Các nghiên cứu trong và ngoài nước chỉ ra ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới bán kính cong sản phẩm, tuy nhiên phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng tính toán lý thuyết cán và tính toán giải tích. Nhiều nghiên cứu mới chỉ đề xuất công nghệ lăn ép thực hiện được thì cần thiết bị như thế nào. Bên cạnh đó việc nghiên cứu bản chất của quá trình lăn ép, trường ứng suất, biến dạng tạo độ cong của phôi tấm sau lăn ép, ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản như: lực ép, mức độ biến dạng, vận tốc lăn ép tới bán kính cong của sản phẩm tấm cũng rất cần thiết để giải thích về mặt lý thuyết, khoa học trong công nghệ gia công áp lực. Việc nghiên cứu công nghệ lăn ép sẽ được đề xuất bằng phương pháp mô phỏng số, kết hợp thực nghiệm để xây dựng các mối quan hệ giữa bán kính cong của phôi tấm với các thông số quá trình. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ LĂN ÉP 2.1 Các thông số cơ bản của quá trình lăn ép Lăn ép là công nghệ y tạo hình phôi tấm, tạo y Mt cho phôi có bán kính  cong, được thực hiện t Ri  d Ra Md bằng cách cho phôi lt P R tt P Rn tấm lăn ép qua khe hở S2 z x S1 ld giữa hai trục quay, có Rtd vai trò tạo ra mômen uốn và bán kính cong của phôi (hình 2.1). Hình 2.1 Sơ đồ quá trình lăn ép không đối xứng
5 Phôi có chiều dày ban đầu S1 được ép lăn qua khe hở giữa hai trục. Khe hở có giá trị nhỏ hơn chiều dày S1 một lượng S (được gọi là lượng ép). Sau khi đi qua khe hở giữa hai trục phôi tấm sẽ có chiều dày S2  S1 nếu chịu biến dạng dẻo và S2 = S1 nếu biến dạng đàn hồi. 2.2 Biên dạng, bán kính cặp trục lăn Bán kính và biên dạng cặp trục lăn có ảnh hưởng đến quá trình tạo hình phôi tấm cong. Tỉ số bán kính giữa hai trục khi biến dạng nguội nằm trong phạm vi từ 1,05 đến 1,3 [46, 47, 76]. Biên dạng cặp trục lăn được trình bày như hình dưới đây (hình 2.3, hình 2.4): R122 R425 Ø350 Ø310 Ø350 Ø330 240 220 320 Hình 2.3 Con lăn trên Hình 2.4 Con lăn dưới 2.3 Lực ép, phân bố áp lực trên bề mặt tiếp xúc khi lăn Lực ép được khảo sát trong 2 giai đoạn: khi ép và khi lăn. y y y y P P z x z x P/2 P/2 Hình 2.9 Lực phân bố trên cung Hình 2.11 Áp lực phân bố trên tiếp xúc giữa phôi và trục khi ép cung tiếp xúc giữa phôi và trục ban đầu khi lăn y y V1 Nt1 N1 V1 A z T1 Tt1 A z T2 Td2 Nd2 N2 V2 Hình 2.12 Sơ đồ xác định mô V2 men uốn theo phương z Hình 2.13 Sơ đồ xác định mô men uốn theo phương x do lực ma sát gây nên
6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Lăn ép có nhiều điểm tương đồng với cán không đối xứng và uốn cục bộ liên tục theo phương dọc và phương ngang. Qua phân tích lý thuyết lăn ép có thể thấy rằng việc xác định bán kính cong của phôi tấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nếu chỉ sử dụng phân tích lý thuyết giải tích, khó có thể khảo sát chính xác ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố trong quá trình lăn ép đến biến dạng của tấm và bán kính cong của tấm sau khi lăn ép. Vì vậy, chương tiếp theo sẽ đề xuất ứng dụng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu công nghệ lăn ép. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LĂN ÉP DỰA TRÊN MÔ PHỎNG SỐ 3.1 Đặt vấn đề Nghiên cứu công nghệ lăn ép dựa trên mô phỏng số phải đạt được mục tiêu xem xét làm rõ quá trình tạo hình; dựa trên phân bố biến dạng, ứng suất giải thích hiện tượng phôi tấm bị uốn cong; phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình tạo hình đến bán kính cong của sản phẩm tấm, xác định miền giá trị các thông số công nghệ để có thể ứng dụng trong thực tiễn khi chế tạo các chi tiết có biên dạng cong phức tạp. 3.2 Trình tự thực hiện bài toán mô phỏng số Các bước thực hiện bài toán mô phỏng bao gồm các bước: + Xây dựng mô hình hình học + Chọn mô hình vật liệu và đưa mô hình vật liệu thực tiễn vào bài toán + Định kiểu phần tử, chia lưới phần tử hữu hạn + Đặt các điều kiện biên bao gồm điều kiện tiếp xúc, ràng buộc chuyển vị, lực, chuyển vị, vận tốc… + Giải bài toán + Phân tích kết quả tính toán dưới dạng hình ảnh, đồ thị. 3.3 Thực hiện bài toán mô phỏng số quá trình lăn ép phôi 3.3.1 Xây dựng mô hình hình học Con lăn trên có dạng tang trống, đường kính lớn nhất  310
7 mm, bán kính tang trống R 425 mm. Con lăn dưới có dạng trụ, đường kính  350 mm. Phôi tấm dạng dải có kích thức 600 mm x 80 mm x 20 mm (hình 3.2). Hình 3.2 Mô hình hình học cặp trục lăn và phôi 3.3.2 Chia lưới phần tử Kiểu phần tử được lựa chọn là C3D8R. Con lăn dưới: 18.000 phần tử, con lăn trên: 22.000 phần tử, phôi tấm: 26.000 phần tử. 3.3.3 Xây dựng mô hình vật liệu Mô hình vật liệu được xác đinh từ kết quả thử kéo 3 mẫu theo 3 phương khác nhau đối với cùng một tấm vật liệu (hình 3.6). Hình 3.6 Đường cong quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu SS400 3.3.3 Đặt điều kiện biên Hệ số ma sát µ=0,1; Trục con lăn dưới cố định, con lăn dưới quay với vận tốc góc 1,05 rad/s tương ứng với 10 v/ph; Lượng ép S = 1,6 mm; Thời gian lăn t = 3 s. 3.4 Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng số Phôi tấm ban đầu thẳng, dần bị kéo vào khe hở giữa hai trục lăn, bị biến dạng dạng uốn cong, đồng thời bị mỏng đi và bị cong lên
8 với bán kính cong theo phương dọc xác định được là Rd = 480,45 mm, và bán kinh cong theo phương ngang Rn = 3322,9 mm. Hình 3.10 Bán kính cong theo phương dọc và phương ngang của tấm Từ biểu đồ lực ta có thể thấy lực ép tăng dần từ 0 đến 97,5 Tấn, ứng với giai đoạn con lăn trên ép lên bề mặt của phôi với lượng ép tăng từ 0 đến 1,6 mm. Khi lăn, lực giảm đi và giữ ổn định trong suốt quá trình là 54,6 Tấn. Hình 3.11 Biểu đồ lực lăn ép theo thời gian Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả mô phỏng trường hợp phôi tấm có chiều dày S = 20 mm ΔS 2 Lực ép (Tấn) Lực lăn (Tấn) Rd (mm) Rn (mm) 1,6 0,08 96,1 54,6 480,45 3322,9 3.5 Kiểm tra kết quả mô phỏng số bằng thực nghiệm 3.5.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm Xây dựng hệ thống thực nghiệm dựa trên các cụm sau: Máy ép thuỷ lực; Thiết bị lăn ép (cụm con lăn); Bộ phận điều khiển hoạt động của máy ép thuỷ lực và thiết bị lăn ép; Hệ thống đo áp suất - hành trình, ghi, lưu và xử lý dữ liệu nối trực tiếp với máy tính có phần mềm điều khiển. a)Máy ép thủy lực Máy ép thuỷ lực được lựa chọn có lực danh nghĩa 1500 Tấn. b) Thiết bị lăn ép
9 Thiết bị lăn ép bao gồm hai con lăn, trên và dưới có đường kính, biên dạng đúng như thiết kế trong mô phỏng số. Con lăn trên có biên dạng tang trống quay trơn trên trục và có khung giá để lắp với đầu trượt của máy ép thuỷ lực. Con lăn dưới được dẫn động riêng bởi một động cơ thuỷ lực và lắp vào bàn máy ép thủy lực (hình 3.19, hình 3.20). Hình 3.19 Máy ép thủy lực SBP-1500 T Hình 3.20 Thiết bị lăn ép c) Mẫu thí nghiệm Mẫu phôi tấm thí nghiệm có kích thước giống như trong mô phỏng là 600 mm x 80 mm x 20 mm được làm chế tạo từ tấm vật liệu có mác SS400. d) Thiết bị đo áp suất Thiết bị đo áp suất được thiết kế theo yêu cầu đo đối với bài toán lăn ép, sau đó được chế tạo, lắp ráp và thử các chức năng bởi Phòng đo lường, Viện tên lửa, Bộ Quốc phòng. Để hiển thị và lưu giữ kết quả đo, ta sử dụng phần mềm đo lường Dasy Lab 7.0 [4, 18]. Cuối cùng, ta có toàn bộ cấu hình phần cứng hệ thống đo áp suất được thể hiện như hình 3.24. Thiết bị đo áp suất đã được thử độ nhạy, độ chính xác và làm việc ổn định tại Phòng thí nghiệm Đo lường động học bay - Viện Tên lửa và đã được kiểm chuẩn tại Viện Đo lường Việt Nam. Hình 3.24 Thiết bị đo áp suất
10 e) Thiết bị đo bán kính Để đo bán kính của tấm sau khi lăn ép, ta sử dụng thiết bị đo FARO Prime của CHLB Đức (hình 3.28). Độ chính xác cao nhất: 16μm; Độ lặp lại: ±16μm. Thiết bị được kết nối máy tính, có phần mềm xử lý số liệu và hiển thị kết quả đo. Hình 3.28 Thiết bị đo FARO Hình 3.29 Đồng hồ so điện tử Prime sử dụng đo bán kính tấm 543-494B đo lượng ép sản phẩm khi thực nghiệm lăn ép f) Thiết bị đo lượng ép Đo lượng ép, sự thay đổi chiều dày của phôi tấm bằng Đồng hồ đo điện tử chuyên dụng có mác hiệu 543-494B của hãng Mitutoyo - Nhật Bản (hình 3.29). Thông số kỹ thuật của thiết bị: Phạm vi đo: 0 - 50.8 mm; Độ hiển thị: 0.01 mm; Độ chính xác: ±0.01 mm. 3.5.2 Thử nghiệm và kiểm tra kết quả mô phỏng số Trình tự lăn ép Bước 1: Khởi động hệ thống thiết bị. Bước 2: Khởi động máy ép thuỷ lực. Đầu trượt mang con lăn trên đi xuống kẹp phôi đúng vị trí ban đầu, nằm giữa hai con lăn. Đặt giá trị áp suất chất lỏng công tác ban đầu của xy lanh ép, đọc giá trị này trên màn hình hiển thị hệ thống đo (hình 3.25). Giá trị áp suất (đơn vị bar) sẽ được qui đổi tương đương với lực ép (đơn vị Tấn). Dưới tác dụng của lực ép, phôi tấm sẽ bị biến dạng. Hệ thống chống lún hoạt động giữ cho áp suất không đổi. Bước 3: Khởi động thiết bị lăn ép. Con lăn dưới được đặt vận tốc quay 10 v/ph (tương ứng với 1,05 rad/s). Bước 4: Cho con lăn dưới quay, dưới tác dụng của lực ép, con lăn trên quay theo, kéo phôi qua khe hở giữa hai con lăn. Khi đi
11 hết chiều dài phôi cần lăn, động cơ thuỷ lực phát động cho con lăn dưới dừng lại. Trong suốt quá trình, thiết bị đo, ghi áp suất hoạt động sẽ đo, lưu dữ liệu và hiển thị đồ thị áp suất chất lỏng công tác trên màn hình máy tính. Bước 5: Đầu trượt mang con lăn trên đi lên, ta có thể gỡ phôi sau khi tạo hình ra khỏi thiết bị. Dựa trên áp suất chất lỏng công tác, ta qui đổi ra lực ép. So sánh đồ thị 3.31 và 3.11 ta có thể thấy được dạng đồ thị trong mô phỏng và thực nghiệm hoàn toàn tương đồng ở hai giai đoạn ép ban đầu và lăn ép. Hình 3.31 Đồ thị áp suất chất lỏng công tác trong suốt quá trình lăn ép So sánh hình dạng của tấm sau khi lăn ép giữa thực nghiệm và mô phỏng biểu diễn trên hình 3.32 ta có thể thấy được kết quả về mặt hình dạng tấm bị uốn cong hoàn toàn tương đồng. Hình 3.32 Tấm sau khi lăn ép (thực nghiệm bên trái, mô phỏng bên phải) Để đánh giá độ sai số giưa thực nghiệm và mô phỏng, ta tiến hành thực nghiệm với 6 mẫu thí nghiệm. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng số, ta có: - Sai số trung bình về lực ép ban đầu 2,83% - Sai số trung bình về lực lăn ép 3,01% - Sai số trung bình bán kính dọc của sản phẩm: 3,5% - Sai số trung bình bán kính ngang của sản phẩm: 3,18% - Sai số về lượng ép ΔS: 3.12% - Sai số về mức độ biến dạng theo phương chiều dày 2:1,23%
12 Như vậy có thể kết luận được, các mô hình được xây dựng đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, mô hình vật liệu phù hợp, các điều kiện biên thiết lập phù hợp với thực tế, kết quả mô phỏng số tin cậy, có khả năng làm cơ sở để khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình tạo hình tấm và độ chính xác của sản phẩm. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Dựa trên trường phân bố ứng suất, biến dạng nhận được từ mô phỏng cho phép ta phân tích bản chất, đánh giá quá trình lăn ép và đưa ra những kết luận về khoa học như: Xét theo phương dọc, quá trình lăn ép xảy ra tương tự như quá trình cán không đối xứng trên hai trục có bán kính khác nhau. Phôi tấm bị mỏng đi và dãn dài theo phương dọc. Sự khác nhau về đường kính con lăn dẫn đến dự chênh lệch về phân bố ứng suất và biến dạng theo phương dọc giữa hai bề mặt trên và dưới của tấm. Độ chênh lệch mức độ biến dạng theo phương dọc giữa mặt trên và mặt dưới của phôi, cùng độ chênh lực kéo tiếp tuyến xuất hiện trên hai bề mặt tiếp xúc là lý do cơ bản dẫn đến việc phôi tấm bị cong lên sau khi lăn ép. Xét theo phương ngang, quá trình biến dạng cong của tấm tương tự như uốn. Phôi tấm có sự dãn rộng, nhưng không đáng kể. bán kính cong phụ thuộc chủ yếu vào giá trị lực ép con lăn trên lên tấm hay mức độ biến dạng theo phương chiều dày. Với việc so sánh kết quả mô phỏng số với thực nghiệm xây dựng trên thiết bị thực tế có thể khẳng định, việc thiết lập các mô hình và mô phỏng số đạt độ chính xác theo yêu cầu (
13 Bảng 4.1 Các thông số công nghệ khảo sát đối với vật liệu SS400 Thông số công Thông số Thông số nghệ / hình học của Giá trị khảo sát công nghệ sản phẩm tấm ban đầu tính toán S 10; 15; 20; 25; 30 (mm) 5 ; 10 ; 20 ; 30 (v/ph) Tương ứng 0,525 V ; 1,05 ; 2,09 ; 3,14 (rad/s) Rd ; Rn P (Tấn) S 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11 (%) (mm) 0,01 ; 0,02 ; 0,03 ; 0,04 ; 0,05 ; 0,06 ; 2 0,07 ; 0,08 ; 0,09, 0,1 ; 0,11 4.2 Khảo sát mối quan hệ giữa lực ép và mức độ biến dạng Ứng với mỗi chiều dày, mức độ biến dạng, sẽ thiết lập một bài toán mô phỏng tương ứng. Tổng hợp kết quả sau khi tính toán mô phỏng số cho các trường hợp chiều dày và mức độ biến dạng ghi trong bảng 4.3. Bảng 4.3 Lực ép tính toán khi thay đổi chiều dày và mức độ biến dạng 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 S 10 13.1 23.2 32.6 42.0 50.3 58.7 65.8 73.0 79.5 84.2 87.4 15 16.5 27.2 37.7 47.3 57.0 66.1 75.3 83.1 90.7 96.9 100.6 20 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 25 25.1 39.2 52.1 63.9 76.1 87.1 97.6 108.2 117.6 126.4 132.2 30 32.4 48.6 62.8 76.1 88.5 100.4 112.5 123.6 133.2 140.9 146.5 Hình 4.1 biểu diễn mối quan hệ giữa lực ép và mức độ biến dạng. Lực ép và mức độ biến dạng tuân theo dạng hàm số mũ phù hợp với mô hình thuộc tính của vật liệu. Hình 4.1 Mối quan hệ giữa lực ép và mức độ biến dạng dựa trên tính toán mô phỏng số
14 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực ép, mức độ biến dạng tới bán kính của tấm sau khi lăn Thiết lập bài toán ứng với các điều kiện biên như trong bảng, tiến hành mô phỏng cho từng trường hợp. Kết quả bán kính cong của sản phẩm trường hợp thay đổi chiều dày tấm và lực ép khi vận tốc trục lăn cố định V = 10 v/ph được tổng hợp trong bảng dưới đây. Bảng 4.5 Giá trị lực ép P, mức độ biến dạng 2 và bán kính sản phẩm Rd tương ứng trong trường hợp vận tốc V= 10 v/ph P 13.1 23.2 32.6 42.0 50.3 58.7 65.8 73.0 79.5 84.2 87.4 S =10 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 2138.25 1928.23 1286.44 930.29 709.55 542.44 452.25 389.95 334.29 287.38 255.62 P 16.5 27.2 37.7 47.3 57.0 66.1 75.3 83.1 90.7 96.9 100.6 S =15 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 2987.48 2128.04 1553.45 1095.23 826.35 638.48 527.51 447.32 376.42 325.42 260.35 P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 S =20 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 4109.55 3046.75 2200.26 1620.25 1195.55 890.15 648.25 480.45 400.56 330.34 265.54 P 25.1 39.2 52.1 63.9 76.1 87.1 97.6 108.2 117.6 126.4 132.2 S =25 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 6215.25 4657.55 3520.52 2573.81 1852.61 1320.81 908.61 579.18 425.31 345.21 268.92 P 32.4 48.6 62.8 76.1 88.5 100.4 112.5 123.6 133.2 140.9 146.5 S =30 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 8025.26 6329.45 4950.45 3709.94 2725.41 1935.46 1320.65 820.75 525.56 375.23 270.43 Tiếp tục tiến hành mô phỏng số với các trường hợp vận tốc trục lăn V = 10 v/ph ; 20 v/ph ; 30 v/ph. Dựa trên các bảng tổng hợp số liệu kết quả mô phỏng, ta xây dựng các đồ thị giữa bán kính cong của sản phẩm tấm ứng với các chiều dày từ 10 mm đến 30 mm phụ thuộc vào lực ép, mức độ biến dạng.
15 Hình 4.2 Đồ thị quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm theo phương dọc Rd và lực ép P, mức độ biến dạng tương với vận tốc lăn V = 10 v/ph, chiều dày phôi từ 10 – 30 mm Hình 4.3 Đồ thị quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm theo phương dọc Rd và lực ép P, mức độ biến dạng tương với chiều dày phôi S = 20 mm, vận tốc lăn V = 5; 10; 20; 30 v/ph Các kết quả khảo sát bán kính cong theo phương ngang và lực ép ứng với các chiều dày khác nhau được trình bày trong bảng 4.6. Bảng 4.6 Giá trị lực ép P và bán kính sản phẩm Rn P 13.1 23.2 32.6 42.0 50.3 58.7 65.8 73.0 79.5 84.2 87.4 S = 10 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rn 12003.22 8896.12 6779.07 5070.43 3918.86 3112.65 2550.01 2074.58 1814.42 1701.96 1656.56 P 16.5 27.2 37.7 47.3 57.0 66.1 75.3 83.1 90.7 96.9 100.6 S = 15 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rn 14820.65 11131.62 8279.13 6512.65 2072.68 4071.17 3209.88 2808.68 2470.73 2326.61 2206.2 P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 S = 20 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rn 20352.12 13713.31 9857.96 7426.43 5869.29 4683.8 3892.2 3322.9 2926.59 2610.95 2481.13 P 25.1 39.2 52.1 63.9 76.1 87.1 97.6 108.2 117.6 126.4 132.2 S = 25 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11
16 Rn 25179.89 18.984.44 14512.66 11378.13 9025.89 7214.20 6062.43 5366.62 4902.02 4718.26 4577.79 P 32.4 48.6 62.8 76.1 88.5 100.4 112.5 123.6 133.2 140.9 146.5 S = 30 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rn 36208.67 27650.67 21897.83 17883.0 15077.07 12815.5 11024.82 9652.92 8805.33 8278.56 7860.52 Từ bảng số liệu kết quả mô phỏng, ta xây dựng đồ thị quan hệ giữa lực ép, mức độ biến dạng và bán kính sản phẩm theo phương ngang, được biểu diễn trên hình 4.5 và 4.6. Hình 4.7 Đồ thị quan hệ giữa Hình 4.8 Đồ thị quan hệ giữa bán bán kính cong sản phẩm theo kính cong sản phẩm theo phương phương dọc Rn và lực ép P dọc Rn và mức độ biến dạng 2 Các kết quả xác định bán kính cong theo phương ngang cho thấy bán kính cong theo phương ngang lớn hơn rất nhiều so với phương dọc, điều đó nghĩa là tấm bị cong theo phương dọc là chủ yếu. Hơn nữa, khi lực ép lớn, mức độ biến dạng lớn và với các chiều dày tấm từ 10 đến 20 mm thì mức độ cong theo phương ngang mới rõ rệt. Mặc dù bán kính cong theo phương ngang lớn hơn nhiều so với phương dọc, phụ thuộc chủ yếu vào lực ép và biên dạng con lăn, nhưng bán kính cong theo phương ngang lại rất có hiệu quả trong việc tạo hình các chi tiết tấm lớn có biên dạng cong 3D lồi, cho phép nhà kỹ thuật có giải pháp công nghệ tạo hình nhanh, tiết kiệm được chi phí và tăng năng suất tạo hình trong sản xuất, chế tạo. 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc lăn ép tới bán kính của tấm sau khi lăn Sau khi mô phỏng số với các vận tốc lăn thay đổi như trong bảng, ta tổng kết quả bán kính theo phương dọc của tấm trình bày trong bảng 4.8.
17 Bảng 4.8 Giá trị vận tốc lăn và bán kính sản phẩm Rd ứng với chiều dày S = 20 mm. P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 V=5 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 7606.53 5606.33 4151.48 3153.67 1369.13 1679.17 1224.45 850.56 620.35 457.85 375.58 P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 V=10 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 4109.55 3046.75 2200.26 1620.25 1195.55 890.15 648.25 480.45 400.56 330.34 265.54 P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 V=20 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 2815.64 2081.44 1506.48 1033.47 715.61 508.25 351.33 285.52 250.83 235.22 228.81 P 20.0 32.6 44.1 55.6 66.6 76.9 86.3 96.1 104.8 112.7 116.8 V=30 2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 Rd 1830.46 1320.53 955.83 685.56 484.11 346.31 256.15 223.19 209.21 182.25 168.92 Để có được các kết quả khảo sát với chiều dày thay đổi, ta thiết lập các bài toán mô phỏng ứng với chiều dày 15, 20, 25, 30 mm. Mối quan hệ giữa bán kính tấm theo phương dọc phụ thuộc vào vận tốc lăn được thể hiện trên các đồ thị (hình 4.9, hình 4.10). Hình 4.9 Đồ thị quan hệ giữa Hình 4.10 Đồ thị quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm theo bán kính cong sản phẩm theo phương dọc Rn và vận tốc lăn ép phương dọc Rn và vận tốc lăn khi ứng với các mức độ biến dạng, chiều dày tấm S= 20mm chiều dày tấm khác nhau KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 Lực ép, mức độ biến dạng quá nhỏ (2 < 0,01) sẽ không đảm bảo điều kiện ăn phôi, xảy ra hiện tượng trượt. Khi mức độ biến dạng lớn (2 > 0,11) lực ép tăng cao, ảnh hưởng đến
18 chất lượng của chi tiết tấm sau khi tạo hình. Với vận tốc lăn có ảnh hưởng đến bán kính của sản phẩm tấm, nhưng chủ yếu nằm ở vùng mức độ biến dạng (từ 0,01 – 0,04), lực ép nhỏ. Khi lực ép đủ lớn, mức độ biến dạng lớn (từ 0,5 đến 0,1) thì ảnh hưởng của vận tốc lăn tới bán kính tấm theo phương dọc giảm dần. Vận tốc lăn không ảnh hưởng đến bán kính cong theo phương ngang của tấm. Bán kính cong của tấm theo phương ngang có thể được xem như là do quá trình uốn tấm gây nên dưới tác dụng của lực ép từ con lăn trên có dạng tang trống; Qua nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc, ta nên lựa chọn vận tốc lăn V = 10 v/ph là phù hợp với tạo hình lăn ép. CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VỚI BÁN KÍNH CONG SẢN PHẨM BẰNG THỰC NGHIỆM 5.1 Vật liệu, thiết bị và điều kiện thực nghiệm Vật liệu: Thép tấm mác SS400, có các chiều dày: S = 10; 15; 20; 25; 30 mm; kích thước dài 600 mm, rộng 80 mm. Thiết bị thí nghiệm, hệ thống thiết bị đo, lưu trữ và xử lý, hiển thị dữ liệu, thiết bị đo, kiểm tra sản phẩm: Sử dụng sơ đồ thực nghiệm như trong chương 3. Điều kiện khảo sát: Vận tốc con lăn: 10 v/ph; Áp suất chất lỏng công tác: 5 - 50 bar; Lực ép: 10 – 170 Tấn. 5.2 Tiến hành thực nghiệm và đo kết quả Các thông số khảo sát được trình bày trong bảng 5.1. Bảng 5.1 Các thông số khảo sát bán kính của tấm phụ thuộc lực ép, mức độ biến dạng Thông số công nghệ Các thông Thông / hình học của tấm Giá trị khảo sát số đo thực số sản ban đầu nghiệm phẩm S 10; 15; 20; 25; 30 (mm) 10 (v/ph) tương ứng 1,05 V P, S, 2 Rd ; Rn (rad/s) p 5 - 50 bar Một số hình ảnh phôi tấm sau khi lăn ép được trình bày trên hình 5.3.
19 S = 20 mm Hình 5.3 Sản phẩm tấm sau khi lăn ép với các chiều dày từ 10 – 30 mm Sau khi đo mẫu thực nghiệm, các kết quả được trình bày trong bảng 5.2. Bảng 5.2 Các giá trị đo áp suất chất lỏng công tác, lực ép, mức độ biến dạng, bán kính cong của sản phẩm tấm p 5 8 10 13 15 18 20 23 25 28 30 P 16.5 26.4 33 42.9 49.4 59.3 65.9 75.8 82.4 92.3 98.9 ΔS 0.11 0.22 0.31 0.35 0.48 0.58 0.69 0.81 0.89 0.96 1.04 S = 10 2 0.011 0.022 0.031 0.036 0.049 0.060 0.071 0.084 0.093 0.101 0.110 Rd 2245.71 1878.34 980.52 750.29 810.8 685.7 476.5 305.14 310.52 302.58 245.14 Rn 11891.25 9605.25 6412.54 5225.36 4724.58 2.712.56 2311.25 2223.54 2112.64 1712.45 1505.62 p 6 9 13 15 18 20 25 28 30 33 35 P 19.8 29.7 42.9 49.4 59.3 65.9 82.4 92.3 98.9 108.8 115.4 ΔS 0.16 0.32 0.43 0.60 0.73 0.86 1.02 1.185 1.32 1.45 1.57 S = 15 2 0.011 0.022 0.029 0.041 0.050 0.059 0.070 0.082 0.092 0.102 0.111 Rd 3120.52 1778.50 1420.64 1015.14 840.58 550.23 483.39 430.53 285.59 305.51 260.55 Rn 13900.12 10612.34 7725.36 5712.54 5212.63 3514.25 3245.12 2852.56 2352.35 2412.54 2012.54 p 8 10 15 18 20 25 27 30 33 35 37 P 26.4 33 49.4 59.3 65.9 82.4 89 98.9 108.8 115.4 122 ΔS 0.21 0.45 0.54 0.78 0.93 1.20 1.37 1.55 1.75 1.86 2.11 S = 20 2 0.011 0.023 0.027 0.040 0.048 0.062 0.071 0.081 0.092 0.098 0.111 Rd 4450.60 2850.41 2197.29 1635.59 980.62 926.09 660.51 400.53 385.81 349.81 285.65 Rn 18511.25 14825.21 9821.35 7445.12 4985.25 4512.35 3812.65 2915.26 3145.12 2851.54 2354.52 p 9 13 15 20 25 27 30 35 38 40 43 S = 25 P 29.7 42.9 49.4 65.9 82.4 89 98.9 115.4 125.3 131.8 141.7 ΔS 0.22 0.45 0.60 0.94 1.23 1.45 1.64 1.94 2.2 2.35 2.61
20 2 0.011 0.018 0.030 0.038 0.050 0.060 0.068 0.081 0.092 0.099 0.110 Rd 6545.7 5272.38 3150.3 2801.2 1715.62 980.61 765.62 552.32 409.30 335.71 272.65 Rn 26812.54 20.542.21 15512.54 10512.65 8213.54 6512.32 6014.54 5412.87 5123.54 4521.25 4513.64 p 10 15 20 25 28 35 38 40 42 45 50 P 33 49.4 65.9 82.4 92.3 115.4 125.3 131.8 138.4 148.3 164.8 ΔS 0.28 0.58 0.75 1.18 1.48 1.75 2.05 2.28 2.56 2.78 3.12 S = 30 2 0.011 0.020 0.030 0.040 0.051 0.060 0.071 0.079 0.089 0.097 0.110 Rd 8830.72 7920.51 4214.61 3780.57 2097.57 1600.12 1380.55 615.69 330.92 378.84 265.31 Rn 37150.23 34015.35 24125.12 15013.25 13234.58 12045.21 11254.24 9412.65 8443.25 8323.54 7515.46 5.3 Nhận xét, phân tích đánh giá kết quả và xây dựng mối quan hệ hàm sô giữa bán kính của sản phẩm tấm phụ thuộc vào các thông số công nghệ Hình 5.8 So sánh quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm theo phương dọc và lực ép, mức độ biến dạng khi thực nghiệm và mô phỏng số ứng với các chiều dày từ 10 mm đến 30 mm Ứng dụng Matlab cho phép xây dựng được hàm số thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa bán kính cong sản phẩm theo phương dọc và lực ép, mức độ biến dạng và chiều dày phôi. Kết quả được trình bày như trong hàm 5.3 và 5.4, được biểu diễn trên đồ thị 3D hình 5.10. Rd(S,P) = 0,290.S3 + 7,83.S2 - 0,168.P.S2 - 1,61.P.S - 36,2.S + 0,0273.P2.S + 0,680.P2- 63,1.P + 2800 - 0,00310.P3. (5.3) Rd(S,2) = 0,0787.S + 18,7.S - 157. 2.S - 3060. 2.S - 214.S + 3 2 2 49700.22.S + 1,03.106. 22 - 64200.2 +3640 - 7,24.106.23 (5.4)