Luận án Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ dập thủy tĩnh phôi tấm - Nguyễn Thị Thu

của tiết diện ngang miệng cối. Hình 1. 25 Các bán kính góc lượn đáy cối Thông số hình học của phôi ảnh hưởng trong quá trình DTT, chiều dày tương đối phôi và đường kính phôi so với đường kính cối cũng sẽ quyết định giá trị của các thông số công nghệ bởi có liên quan tới mức độ biến dạng của vật liệu. 1.5 Xác định mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án Qua các khảo sát về các công trình nghiên cứu và cơ sở lý thuyết của công nghệ DTT, luận án xác định: • Mục tiêu nghiên cứu cụ thể: - Xác định ảnh hưởng của thông số áp suất chặn Qch, chiều sâu tương đối của cối H* và chiều dày tương đối của phôi S* tới áp suất tạo hình cần thiết Pth để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu theo biên dạng kích thước thiết kế. - Xác định ảnh hưởng của các thông số Qch, H*, S* tới việc hình thành bán kính đáy sản phẩm Rd. - Xác định ảnh hưởng của các thông số Qch, H*, S* tới mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax. - Dựa trên việc xác định được mối quan hệ hàm số Pth = f(Qch, H*, S*); Rd = f(Qch, H*, S*) và γmax = f(Qch, H*, S*), đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ, thông số kích thước khuôn và phôi tới quá trình tạo hình sản phẩm, đồng thời lựa chọn thông số công nghệ hợp lý cho quá trình tạo hình chi tiết cốc trụ. - Xây dựng hệ thống khuôn, thiết bị phù hợp với điều kiện nghiên cứu có thể áp dụng trong công nghiệp. • Đối tượng nghiên cứu: - Chi tiết có dạng trụ - đây là chi tiết điển hình, cơ bản trong công nghệ dập vuốt nói chung (hình 1.26). Các kết quả nghiên cứu trên chi tiết trụ có thể làm cơ sở để nghiên cứu các chi tiết khác có hình dạng phức tạp khác; 30 - Vật liệu: DC04 với dải chiều dày phổ biến trong công nghiệp là (0.8 ÷1.2) mm Hình 1. 26 Chi tiết lựa chọn để nghiên cứu Kết luận chương 1 Qua phân tích về các nghiên cứu về công nghệ DTT trong nước và trên thế giới cho thấy công nghệ này có nhiều ưu điểm trong việc tạo hình các chi tiết từ phôi tấm. Đồng thời cũng cho thấy các thông số về hình dạng hình học của khuôn như chiều sâu, đường kính, bán kính góc lượn lồi và lõm cũng như các thông số công nghệ trong quá trình DTT ảnh hưởng rất lớn tới khả năng tạo hình và chất lượng sản phẩm. Thông qua nghiên cứu tổng quan, luận án xác định được mục tiêu và đối tượng cần nghiên cứu, cụ thể: - Xác định mối quan hệ hàm số Rd = f(Qch, H*, S*), γmax = f(Qch, H*, S*) và Pth = f(Qch, H*, S*); đánh giá ảnh hưởng của các thông số (Qch, H*, S*) tới việc tạo hình sản phẩm, đồng thời lựa chọn thông số công nghệ hợp lý cho quá trình tạo hình chi tiết cốc trụ (hình 1.26); - Xây dựng hệ thống thiết bị thực nghiệm phù hợp để nghiên cứu DTT chi tiết cốc trụ có thể áp dụng trong công nghiệp; Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ giúp nắm bắt và từng bước làm chủ công nghệ DTT, tạo điều kiện sớm áp dụng vào thực tiễn công nghiệp trong nước. Từ nghiên cứu lý thuyết cho thấy, chưa có mô hình toán học để xác định mối quan hệ giữa các thông số (Qch, H*, S*) với các thông số (Rd, γmax, Pth). Do vậy cần thiết phải sử dụng mô phỏng số để xác định xu hướng ảnh hưởng cũng như giới hạn miền làm việc hiệu quả của các thông số công nghệ, phục vụ cho các nghiên cứu thực nghiệm. 31 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 2.1.1 Giới thiệu về mô phỏng số Hiện nay, có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả trong ngành Gia công áp lực là mô phỏng vật lý và mô phỏng số (MPS). Mô phỏng vật lý: Mô phỏng vật lý là một phương pháp thực nghiệm gián tiếp được sử dụng nghiên cứu quá trình biến dạng để quan sát và nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố công nghệ đến biến dạng. Phương pháp sử dụng một vật liệu tương tự, kích cỡ mô hình có thể nhỏ hơn, một số điều kiện khác được bỏ qua. Phương pháp được sử dụng khi xác định các yếu tố công nghệ khi gia công áp lực một sản phẩm mới và sử dụng để dạy học trực quan. Ví dụ như mô phỏng vật lý quá trình dập khối quá trình rèn một phôi trụ, mô phỏng vật lý giúp có được những đánh giá định hướng về phân bố dòng chảy của kim loại trong quá trình rèn nhưng không cho phép tính toán chính xác trạng thái trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình [10]. MPS và công nghệ thực - ảo: Khác với mô phỏng vật lý, MPS được thực hiện nhờ trợ giúp của máy tính. MPS xây dựng mô hình hình học, đúng hình dáng kích thước khuôn, phôi liệu, chày cối; MPS định nghĩa đúng vật liệu (đưa các thuộc tính vật liệu) vào các đối tượng của mô hình đã dựng trên; MPS sử dụng các thuật toán để tính toán quá trình biến dạng của vật liệu, theo các lý thuyết, các tính toán công nghệ đã được tiến hành trước. Các tính toán trên được đưa thành thuật toán máy tính, nhờ tích hợp thành các phần mềm tính toán với các công cụ tính toán hiện đại như phương pháp PTHH, sai phân hữu hạn, biến phân hoặc phần tử biên. Đồng thời sử dụng các phép giải bài toán phương trình vi phân, phương pháp tính, giải các bài toán tương tác, đa trường vật lý... Khi thực hiện MPS, các giai đoạn thiết kế, hiệu chỉnh thiết kế được thực hiện trên máy tính, nên có khả năng tính toán với nhiều biến khác nhau, đưa được đầy đủ các điều kiện biên, các thuộc tính vật lý vật liệu, kể cả các thuộc tính biến đổi theo các hàm số [10]. MPS được thực hiện bằng nhiều phương pháp tính khác nhau: phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), sai phân hữu hạn, biến phân Mỗi một phương pháp đều có những ưu điểm riêng, tuy nhiên áp dụng phổ biến nhất để khảo sát các bài toán cơ học nói chung và các bài toán trong GCAL nói riêng là phương pháp PTHH bởi nó có thể giải quyết các bài toán với miền xác định bất kỳ và điều kiện biên phức tạp. 2.1.2 Ưu điểm của mô phỏng số Việc sử dụng MPS để mô phỏng quá trình dập tạo hình trong công nghệ GCAL đã và đang được ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và thực tế sản xuất, MPS được coi là hướng phát triển của công nghệ cao bởi: 32 - Mô phỏng cho kết quả chính xác với sai số cho phép, dự báo các sai hỏng có thể xảy ra, từ đó đưa ra các quyết định công nghệ hợp lý để nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa quá trình. - Rút ngắn thời gian thay đổi mẫu mã, hình dáng, thiết kế, chế tạo sản phẩm. - Giảm chi phí sản xuất - Xác định được vật liệu phù hợp thông qua mô phỏng. 2.1.3 Xác định, lựa chọn phần mềm mô phỏng số Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phần mềm MPS quá trình dập tạo hình dựa trên nguyên lý phương pháp PTHH, phạm vi và khả năng tính toán ngày càng được nâng cao. Phần mềm được lựa chọn để nghiên cứu quá trình dập tạo hình phôi tấm bằng nguồn chất lỏng áp suất cao cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Khảo sát được ảnh hưởng của các thông số công nghệ: áp suất chặn, áp suất tạo hình, chiều sâu tương đối, biến mỏng trong quá trình DTT - Phù hợp với các phần mềm thiết kế đã học để nhập mô hình hình học, cài đặt các điều kiện biên phù hợp với thực tế thực nghiệm; - Có khả năng lựa chọn, nhập các thông số mô hình vật liệu thí nghiệm để có kết quả mô phỏng sát với thực tế. Căn cứ vào các yêu cầu trên, trong phần nghiên cứu của luận án sẽ lựa chọn sử dụng phần mềm DYNAFORM để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình dập tạo hình, kết quả mô phỏng sử dụng DYNAFORM đã được chứng minh là tương đồng với kết quả sản xuất thực tế thông qua các đề tài nghiên cứu [3, 7, 8, 9, 13, 18]. DYNAFORM là một gói phần mềm phân tích mô phỏng tạo hình kim loại tấm trên phần mềm gốc LS-DYNA được phát triển bởi Engineering Technology Associates, Inc. Đặc điểm của phần mềm là kết hợp cả hai giải thuật Implicit và Explicit để giải quyết bài toán nên kết quả có độ chính xác cao. DYNAFORM có nét đặc trưng là dữ liệu bề mặt được định nghĩa hợp lý để có thể dự đoán chính xác vùng nhăn, vùng rách, độ biến mỏng, vùng an toàn, có thể dự đoán hiệu ứng đàn hồi [33]. 2.2 Nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phôi tấm với phần mềm Dynaform 2.2.1 Lựa chọn chi tiết Với các phân tích ở chương 1, chi tiết trụ được lựa chọn để nghiên cứu có kích thước như trên hình 1.26. Việc lựa chọn chi tiết trụ là một trong những dạng cơ bản để phù hợp với mục tiêu nghiên cứu về hình dạng cơ bản của khuôn và bán kính góc lượn đáy (Rd). Từ chi tiết trụ có thể phát triển lên những chi tiết có bề mặt phức tạp hơn. Mục tiêu của MPS là xác định thông số lực chặn/áp suất chặn, chiều sâu tương đối của cối thủy tĩnh và chiều dày tương đối của phôi tới áp suất chất lỏng tạo hình, bán kính đáy và mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm. Với kích thước sản phẩm lựa chọn ta có: - Đường kính phôi: Do = 110 mm 33 - Hệ số dập vuốt m = 𝑑 𝐷𝑜 = 0.63 Do có giai đoạn tạo hình tự do gây biến mỏng mãnh liệt ở đỉnh cầu như trong phần 1.5 đã trình bày, nên công nghệ DTT không phù hợp cho dập vuốt những chi tiết có chiều sâu lớn. Ở đây, sản phẩm được lựa chọn có hệ số dập vuốt m lớn hơn hệ số dập vuốt tới hạn truyền thống ([m] = 0.53 [11]) nhằm mục đích sản phẩm được tạo hình mà không bị biến mỏng quá nhiều. 2.2.2 Vật liệu phôi Vật liệu sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm là thép DC04 có chiều dày S0 = 0.8; 1.0; 1.2 mm. Đây là vật liệu chuyên dùng trong dập tấm và được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp ôtô, các tính chất của vật liệu thực nghiệm như sau: Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của thép DC04 [47] Mác thép C (%) Mn (%) P (%) S (%) DC04 max 0.08 max 0.4 max 0.03 max 0.03 Vật liệu DC04 đang xét có hệ số dập vuốt tới hạn [m] = 0.53, như vậy việc lựa chọn kích thước sản phẩm và phôi có hệ số dập vuốt m=0.63 là hợp lý để đủ dập 1 lần. Bảng 2. 2 Đặc tính kỹ thuật của thép DC04 [47] Mác thép Cơ tính Mác thép tương đương DC04 σm (Mpa) σf (Mpa) δ (%) ρ (kg/cm3) Russia-GOST 08kp Japan-JIS SPCE 314-412 210-280 38 7.8*10-3 2.2.3 Thiết lập bài toán Tiến trình thiết lập mô phỏng xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình dập tạo hình bằng công nghệ DTT đối với chi tiết trụ được thực hiện theo các bước: - Xây dựng mô hình hình học - Chia lưới mô hình PTHH - Thiết lập mô hình vật liệu - Thiết lập các điều kiện biên a) Xây dựng mô hình hình học Mô hình hình học (bao gồm phôi, cối và chặn) dựa trên yêu cầu chính xác của sản phẩm và bề mặt khuôn dập tạo hình thực tế (hình 2.1) 34 Hình 2. 1 Mô hình khuôn (chưa chia lưới) và mô hình phôi Mô hình hình học được chia lưới phần từ để phù hợp với quá trình tính toán bằng phần tử hữu hạn (PTHH) (hình 2.2): Hình 2. 2 Mô hình hình học đã chia lưới b) Mô hình vật liệu Hình 2. 3 Đường cong ứng suất – biến dạng của vật liệu DC04 Vật liệu luôn là yếu tố đầu vào hết sức quan trọng và quyết định tính chính xác cũng như độ tin cậy của một quá trình công nghệ. Trong MPS cần đưa vào đường cong chảy và các thông số cơ học của vật liệu. Phôi tấm được cán nguội, sau đó được ủ để đồng đều lại ứng suất. Giả thiết rằng vật liệu đẳng hướng. Do vây, khi thực hiện thí nghiệm thử cơ tính đối với vật liệu DC04, xác định được đường cong ứng suất và biến dạng của vật liệu như trên hình 2.3. 35 c) Thiết lập điều kiện biên - Điều kiện tiếp xúc: Do đây là bài toán dập vuốt bằng chất lỏng cao áp nên việc kéo phôi vào từ vành phôi rất quan trọng nhằm giảm biến mỏng và tạo điều kiện thuận lợi cho ép sát lòng khuôn. Theo các tài liệu nghiên cứu trên thế giới [32, 37, 64] chỉ ra rằng ma sát giữa phôi và vành cối, phôi và chặn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo hình DTT. Hệ số ma sát thường nằm trong khoảng µ = (0.08÷0.25). Ngoài ra, để phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm có sử dụng bôi trơn bằng nhựa polythen sau này, nên hệ số ma sát giữa phôi và bề mặt cối cũng như giữa phôi là tấm chặn được 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 lòng cối. - Điều kiện biên về thông số công nghệ: Áp suất chặn Qch: lựa chọn giá trị áp suất chặn dựa vào các nghiên cứu trên thế giới [58, 86] cho sản phẩm có kích thước tương tự và khảo sát cụ thể miền giá trị phù hợp bằng mô phỏng thử nghiệm. Áp suất tạo hình Pth: lựa chọn giá trị áp suất chất lỏng tạo hình dựa trên các nghiên cứu cho sản phẩm có kích thước tương tự [58, 86] và quá trình thử nghiệm mô phỏng. d) Chọn bài toán Mô hình sau khi được thiết lập vào phần mềm Dynaform có thể tiến hành tính toán mô phỏng. Mô hình bài toán DTT tấm đơn được lựa chọn trong phần mềm. 2.2.4 Các thông số đầu vào và đầu ra của bài toán mô phỏng Các thông số về phôi được cho trong bảng 2.3. Bảng 2. 3 Thông số phôi Vật liệu DC04 Đường kính phôi Do 110 mm Chiều dày So 0.8 mm; 1.0 mm; 1.2 mm Chiều dày tương đối S* = 𝑆𝑜 𝐷𝑜 ∗ 100 0.73; 0.91; 1.09 Sản phẩm được tạo hình bằng công nghệ DTT, do đó kích thước sản phẩm sẽ phụ thuộc vào kích thước của cối. Thay đổi kích thước về chiều sâu của cối, ta được các sản phẩm với mức độ tạo hình khác nhau. Các thông số của cối chất lỏng được cho trong bảng 2.4. Bảng 2. 4 Thông số của cối chất lỏng Đường kính lòng cối d dc = 70 mm Chiều sâu cối hi hi = 16, 18, 20 mm Bán kính miệng cối Rmc Rmc = 5 mm Bán kính đáy cối Rdc Rdc = 6 mm 36 Chiều sâu tương đối của cối H*= ℎ𝑖 𝑑𝑜 ∗ 100 H* = 23; 26; 29 Bảng 2. 5 Thông công nghệ số đầu vào trong quá trình tạo hình Áp suất chặn phôi Qch Qch = 25 ÷ 125 (bar) Bảng 2. 6 Các thông số mục tiêu đầu ra trong quá trình tạo hình Áp suất tạo hình Pth (bar) Bán kính đáy sản phẩm Rd (mm) Mức độ biến mỏng lớn nhất của sản phẩm γmax (%) Theo nghiên cứu [19], áp suất tạo hình và áp suất chặn vành phôi có quan hệ mật thiết với nhau, với một áp suất tạo hình xác định, sẽ tồn tại một giá trị lực chặn tối đa để chất lỏng không bị mất áp. Do vậy, thực tế việc tạo hình bán kính đáy sản phẩm Rd sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như: áp suất chặn (hay lực chặn), chiều sâu cối, chiều dày phôi, ma sát,v.v. Trong các mô phỏng dưới đây, để tình trạng bôi trơn tốt, hệ số ma sát được lấy là µ=0.2. 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; - Tạo hình được sản phẩm phải có dạng hình trụ với bán kính đáy Rd; Khảo sát trường hợp chiều dày tương đối phôi S* = 0.73, có chiều sâu H* = 23, kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, với áp suất chặn Qch ≤ 25 bar thì sản phẩm dập bị nhăn phần vành, chưa tạo ra được sản phẩm dạng trụ, giá trị áp suất tạo hình Pth khi đó là Pth ≤ 28 bar. Sản phẩm vẫn trong giai đoạn tạo hình tự do, chưa chạm tới đáy cối (hình 2.4). Với áp suất chặn Qch = (25 ÷60) bar, sản phẩm không bị nhăn vành, tuy nhiên chưa tạo hình được chi tiết có dạng trụ đạt kích thước về chiều sâu h (hình 2.5). Với khoảng áp suất chặn Qch = (60÷125) bar, chi tiết dập tạo hình đảm bảo yêu cầu về chiều sâu tương đối của cối H*, có dạng hình trụ và đáp ứng bán kính Rd. Hình 2.6 thể hiện sản phẩm đạt khi áp suất chặn Qch = 90 bar – nằm trong khoảng áp suất phù hợp. Hình 2. 4 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 25 bar 37 Hình 2. 5 Sản phẩm mô phỏng tại áp suất chặn Qch= 55 bar a) Phân bố ứng suất b) Sự dịch chuyển phôi trên vành Hình 2. 6 Sản phẩm đạt yêu cầu mô phỏng tại Qch= 90 bar 38 - Khi áp suất chặn tăng trên giá trị Qch=125 bar kết quả mô phỏng hình 2.7 cho thấy có sự thay đổi về màu sắc trên thân sản phẩm dập, vùng màu đỏ bắt đầu xuất hiện tại phần góc lượn chi tiết dập thể hiện sản phẩm có thể bị rách. Do đó giá trị áp suất Qch=125 bar được xác định là giới hạn tối đa của áp suất chặn. Hình 2. 7 Sản phẩm bị rách tại áp suất chặn Qch = 125 bar Với S* = 0.73, H* = 0.23 thì vùng áp suất chặn thích hợp là Qch = (60 ÷ 125) bar Thực hiện tương tự với chiều sâu H* = 26, miền áp suất chặn thích hợp Qch = (65÷120) bar; với H* = 29 thì Qch = (70 ÷ 115) bar. Thực hiện mô phỏng tương tự với chiều dày tương đối S* = 0.91 và S*=1.09 với các chiều sâu tương đối H* = 23; 26; 29 ta tìm được miền áp suất chặn phù hợp. Các giá trị áp suất tạo hình Pth trong mô phỏng được cho trong bảng 2.7 Tổng hợp từ bảng 2.7 miền áp suất được lựa chọn thích hợp để khảo sát cả 3 loại chiều dày phôi tương đối của phôi và 3 loại chiều sâu tương đối của cối là Qch = (80 ÷ 115) bar. 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 65÷130 26 70÷125 29 75÷120 1.09 23 70÷135 26 75÷130 29 80÷125 39 2.2.6 Khảo sát quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth Từ kết quả khảo sát miền giá trị mô phỏng trên, mối quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth được thiết lập. Bảng 2. 8 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 0.73 TT S* (mm) Qch (bar) Pth (bar) khi H* = 23 Pth (bar) khi H* = 26 Pth (bar) khi H* = 29 1 0.73 80 360 355 350 2 0.73 85 390 385 380 3 0.73 90 410 405 400 4 0.73 95 450 448 445 5 0.73 100 470 468 465 6 0.73 105 485 483 480 7 0.73 110 490 488 485 8 0.73 115 500 495 490 Từ bảng trên ta xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa áp suất chặn và áp suất tạo hình để dập chi tiết trụ thể hiện ở hình 2.8. Hình 2. 8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.73 Từ bảng 2.8 và hình 2.8 thấy được rằng trong quá trình DTT, áp suất chặn phôi tăng thì áp suất chất lỏng tạo hình tương ứng cũng tăng. Ở cùng chiều sâu tương đối của cối, áp suất chặn Qch tỷ lệ thuận với áp suất chất lỏng tạo hình Pth. Ở các chiều sâu khác nhau, các đường đồ thị có dạng tương tự nhau, như vậy có nghĩa mối quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth luôn đồng biến trong các trường hợp được xét. Tuy nhiên, xét tại một giá trị áp suất chặn Qch, tương ứng với 3 mức chiều sâu tương đối H* sẽ có 3 giá trị áp suất tạo hình Pth. Ở chiều sâu tương đối H* thấp hơn thì giá trị áp suất tạo hình Pth lại cao hơn. Khảo sát tương tự cho các trường hợp khác chiều dày tương đối S* = 0.91 và S* = 1.09 xác định được giá trị áp suất tạo hình Pth cần thiết cho trong bảng 2.9 và bảng 2.10: 300 350 400 450 500 550 75 85 95 105 115 Á p s u ất t ạo h ìn h P th ( b ar ) Áp suất chặn phôi Qch (bar) H*=29 H*=23 H*=26 40 Bảng 2. 9 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 0.91 TT S* (mm) Qch (bar) Pth (bar) khi H* = 23 Pth (bar) khi H* = 26 Pth (bar) khi H* = 29 1 0.91 80 385 373 361 2 0.91 85 417 404 391 3 0.91 90 438 425 411 4 0.91 95 482 470 458 5 0.91 100 502 491 479 6 0.91 105 519 506 493 7 0.91 110 524 512 499 8 0.91 115 535 520 505 Bảng 2. 10 Số liệu áp suất tạo hình trong trường hợp S* = 1.09 TT S* (mm) Qch (bar) Pth (bar) khi H* = 23 Pth (bar) khi H* = 26 Pth (bar) khi H* = 29 1 1.09 80 392 387 383 2 1.09 85 425 420 416 3 1.09 90 447 441 436 4 1.09 95 486 486 487 5 1.09 100 508 507 507 6 1.09 105 529 526 523 7 1.09 110 529 529 529 8 1.09 115 540 537 534 Từ các bảng số 2.9 và 2.10, đồ thị quan hệ giữa áp suất chặn Qch và áp suất tạo hình Pth được xây dựng như trên hình 2.9 và 2.10 như sau: 41 Hình 2. 9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =0.91 Hình 2. 10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Pth khi S* =1.09 Qua các đồ thị hình 2.8, 2.9, 2.10 cho thấy xu hướng áp suất chặn Qch tăng thì áp suất tạo hình Pth cũng tăng lên. Đồng thời các đồ thị cũng thể hiện rằng với cùng áp suất chặn, ở chiều sâu tương đối khác nhau thì giá trị áp suất chất lỏng tạo hình là khác nhau. Qua khảo sát, dải áp suất tạo hình phù hợp cho cả 3 loại chiều dày tương đối 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 a. Xét trường hợp S*= 0.73 tại các cối có chiều sâu tương đối H* = 23; 26; 29 Quá trình hình thành sản phẩm DTT như hình 2.11. - Trường hợp H* =23: Mô phỏng với các giá trị áp suất chặn thay đổi trong khoảng tạo hình thành công, đo được bán kính tại đáy Rd các sản phẩm cho trong bảng 2.11. 300 350 400 450 500 550 75 85 95 105 115 Á p s u ất t ạo h ìn h P th (b ar ) Áp suất chặn phôi Qch (bar) H*=29 H*=23 H*=26 300 350 400 450 500 550 600 75 85 95 105 115 Á p s u ất t ạo h ìn h P th (b ar ) Áp suất chặn phôi Qch (bar) H*=29 H*=23 H*=26 42 Hình 2. 11 Quá trình hình thành sản phẩm tại áp suất chặn Qch = 90 bar Bảng 2. 11 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.73 và H*=23 H* Qch (bar) Pth (bar) Rd (mm) 23 80 360 6.31 23 85 390 6.02 23 90 410 6.00 23 95 450 6.08 23 100 470 6.15 23 105 485 6.30 23 110 490 6.35 23 115 500 6.40 Từ bảng 2.11, xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa áp suất chặn Qch và bán kính đáy sản phẩm Rd, đồ thị giữa áp suất tạo hình Pth và bán kính đáy sản phẩm Rd như trên hình 2.12. a- Qch và Rd; b- Pth và Rd Hình 2. 12 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Qch và Rd; Pth và Rd Từ đồ thị hình 2.12 cho thấy: Khi áp suất chặn Qch = (80÷90) bar, tương ứng áp suất tạo hình Pth = (360÷410) bar, áp suất tạo hình Pth càng cao thì bán kính đáy sản phẩm Rd hình thành càng nhỏ. Bởi áp suất chặn lúc này hợp lý, phù hợp cho việc phôi kéo vào và điền đầy đáy cối. 5,90 6,00 6,10 6,20 6,30 6,40 6,50 70 80 90 100 110 120 B án k ín h đ áy s ản p h ẩm R d (m m ) Áp suất chặn phôi Qch (bar) 5,95 6,00 6,05 6,10 6,15 6,20 6,25 6,30 6,35 6,40 6,45 6,50 300 400 500 B án k ín h đ áy s ản p h ẩm R d (m m ) Áp suất tạo hình Pth (bar) 43 Khi áp suất chặn Qch = (90÷115) bar tương ứng áp suất tạo hình Pth = (410 ÷ 550) bar, áp suất tạo hình Pth càng cao thì bán kính đáy sản phẩm Rd cũng càng lớn theo. Nguyên nhân vì với áp suất tạo hình Pth cao, để tránh mất áp thì áp suất chặn Qch vành phôi khi đó cũng phải cao lên. Do đó, khi phôi kéo vào lòng cối sẽ khó khăn hơn, nên việc điền đầy vào đáy cối cũng khó hơn. Giá trị áp suất chặn tối ưu cho trường hợp này để bán kính đáy đạt nhỏ là Qch = 90 bar tương ứng áp suất tạo hình Pth = 410 bar. - Trường hợp H*= 26 và H* = 29: tiến hành quá trình mô phỏng tương tự như trên, kết quả được cho trong bảng 2.12. Bảng 2. 12 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.73 và H*=26; 29 H* Qch (bar) Pth (bar) Rd (mm) 26 80 355 6.46 26 85 385 6.25 26 90 405 6.18 26 95 448 6.10 26 100 468 6.13 26 105 483 6.25 26 110 488 6.31 26 115 495 6.50 29 80 350 6.60 29 85 380 6.47 29 90 400 6.30 29 95 445 6.12 29 100 465 6.18 29 105 480 6.35 29 110 485 6.45 29 115 490 6.60 Từ bảng 2.11 và 2.12, ta xây dựng được đồ thị quan hệ của áp suất chặn Qch và bán kính bán kính đáy sản phẩm Rd như trên hình 2.13. 44 Hình 2. 13 Mối quan hệ giữa Qch và Rd khi chiều dày tương đối của phôi S* = 0.73 Từ đồ thị hình 2.13 thấy rằng, mặc dù ở các chiều sâu tương đối H* khác nhau, tuy nhiên quy luật phụ thuộc của bán kính góc lượn sản phẩm Rd vào áp suất chất chặn phôi Qch là tương tự như nhau. Ở mỗi trường hợp chiều sâu tương đối H*, đều tồn tại hai khoảng giá trị: Rd nghịch biến với Qch và Rd đồng biến với Qch. Điều này được giải thích tương tự như trường hợp S* = 0.73 và H* =23, đó là ở khoảng giá trị ban đầu, áp suất chặn là phù hợp, vừa phải cho kim loại kéo vào. Dưới tác dụng của áp suất tạo hình Pth, việc điền đầy tạo bán kính đáy Rd nhỏ dần sẽ dễ dàng hơn. Ở giai đoạn sau, áp suất chặn Qch tăng cao, áp suất tạo hình Pth cũng tăng cao, tuy nhiên, khi kéo phôi vào sẽ khó khăn hơn, do đó việc điền đầy bán kính đáy cối sẽ khó khăn hơn. Như vậy, với mỗi chiều sâu tương đối của cối, luôn tồn tại giá trị áp suất chặn Qch tương ứng với áp suất tạo hình Pth phù hợp để sản phẩm đạt bán kính đáy Rd nhỏ nhất. b. Xét trường hợp phôi có chiều dày tương đối S*= 0.91; 1.09 tại các cối có chiều sâu tương đối H* = 23; 26; 29 Tiến hành tương tự như phần (a), xét ảnh hưởng của áp suất chặn Qch đến việc tạo hình bán kính đáy sản phẩm Rd. Ta xây dựng được các bảng số liệu 2.13 và 2.14: Bảng 2. 13 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =0.91 và H*=23;26; 29 H* Qch (bar) Pth (bar) Rd (mm) 23 80 360 7.44 23 85 390 7.10 23 90 410 7.02 23 95 450 7.19 23 100 470 7.26 5,90 6,00 6,10 6,20 6,30 6,40 6,50 6,60 6,70 75 85 95 105 115B án k ín h đ áy s ản p h ẩm R d ( m m ) Áp suất chặn phôi Qch (bar) H*=23 H*=29 H*=26 45 23 105 485 7.50 23 110 490 7.43 23 115 500 7.49 26 80 355 7.92 26 85 385 7.66 26 90 405 7.54 26 95 448 7.45 26 100 468 7.51 26 105 483 7.69 26 110 488 7.67 26 115 495 7.92 29 80 350 8.40 29 85 380 8.22 29 90 400 8.06 29 95 445 7.72 29 100 465 7.75 29 105 480 7.87 29 110 485 7.92 29 115 490 8.35 Bảng 2. 14 Bán kính đáy sản phẩm khi S* =1.09 và H*=23;26; 29 H* Qch (bar) Pth (bar) Rd (mm) 23 80 360 10.21 23 85 390 9.75 23 90 410 9.66 23 95 450 9.94 23 100 470 9.84 23 105 485 10.14 23 110 490 10.35 23 115 500 10.37 46 26 80 355 11.01 26 85 385 10.68