BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN HỮU PHƯỚC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC VÀ
TỐC ĐỘ CHÀY TRONG QUÁ TRÌNH DẬP CHI
TIẾT DẠNG TẤM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Tuấn Phương Nam .............................................
Người ph n biện 1: TS. Đặng Hoàng Minh ..................................................................
Người ph n biện 2: TS. Đào Thanh Phong..................................................................
Luận văn thạc sĩ được b o vệ tại H i đồng chấm b o vệ Luận văn thạc sĩ Trường
Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 11 năm 2017.
Thành phần H i đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS Bùi Trung Thành ........................................................................................
2. TS. Đặng Hoàng Minh ..............................................................................................
3. TS. Đào Thanh Phong ...............................................................................................
4. TS. Vũ Duy Thắng ....................................................................................................
5. TS. Ao Hùng Linh.....................................................................................................
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Hữu Phước ...........................MSHV: 15001391..................
Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1981 ..............................Nơi sinh: TP. HCM................
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí....................................Mã chuyên ngành: 60520103
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC VÀ TỐC ĐỘ CHÀY TRONG QUÁ
TRÌNH DẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Ứng dụng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và lý thuyết phần tử hữu hạn để mơ
phỏng q trình gia cơng dập.
Do hạn chế v thời gian, đ tài tập trung làm th c nghiệm với phôi dạng tấm để tạo ra
các chi tiết (s n ph m) hình trụ, các mẫu phơi được chọn th c hiện cho th c nghiệm
như sau:
Các thông số đầu vào: Các vận tốc được xem x t trong th c nghiệm t 5mm/s,
10mm/s, 15mm/s [1,2]. Và b dày phơi.
Mẫu 1: B dày: 1.0mm đường kính 110mm.
Mẫu 2: B dày: 1.2 mm đường kính 110mm.
Mẫu 3: B dày: 1.5 mm đường kính 110mm.
Nghiên cứu nh hưởng của tốc đ cối tới l c dập và b dày chi tiết trong q

trình gia cơng dập.
Khơng nghiên cứu khuyết tật nhăn của q trình gia cơng dập.
Thiết kế thiết bị để đo l c dập trong quá trình gia công dập.


II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: theo QĐ Số: 1756 /QĐ-ĐHCN ngày 27 tháng 03
năm 2017 .......................................................................................................................
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/10/2017
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Tuấn Phương Nam

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2017
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học cao học tại trường đại học cơng nghiệp thành phố Hồ Chí
Minh, tơi đã được ban lãnh đạo khoa Cơ Khí, tập thể Thầy, cơ gi ng viên của khoa
cơ khí đã tạo đi u kiện, giúp đỡ tơi có đi u kiện học tập, nghiên cứu nâng cao trình
đ phục vụ cho cơng việc của mình. Tơi xin trân trọng gửi đến Q Thầy, Cơ của
trường lời c m ơn chân thành.
Để hồn thành khóa học, tơi đã được TS. Lê Tuấn Phương Nam hướng dẫn th c
hiện luận văn cuối khóa cao học. Tôi xin được gửi lời c m ơn đến TS. Lê Tuấn
Phương Nam đã tận tình chỉ dẫn giúp cho tơi hồn thành luận văn cuối khóa học
cao học.
Trong quá trình th c hiện nghiên cứu làm luận văn, tôi đã được s giúp đỡ của các
đồng nghiệp tại cơ quan làm việc như: TS. Châu Minh Quang, ThS. Đinh Văn

Bằng, NCS.ThS. Diệp B o Trí, ThS. NguyễnTrung Dũng, ThS. Trần Cơng Hùng,
ThS. Hồng Long Vương, ThS. Đặng Văn Ánh đã tạo đi u kiện cho tôi được mượn
dụng cụ, thiết bị, gia cơng cơ khí, góp ý trong quá trình th c nghiệm tại xưởng th c
hành cắt gọt cơ khí, xưởng th c hành cơ điện, Trường Đại học Công nghiệp TP.
HCM. Tôi xin trân trọng c m ơn các Quý đồng nghiệp.

i


TĨM TẮT
Dập là m t phương pháp gia cơng kim loại bằng áp l c, để tạo hình chi tiết t
phôi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạng
của khuôn. S n ph m gia công theo phương pháp này có ưu điểm là có đ b n, chịu
được áp l c cao hơn so với gia công theo các phương pháp khác, tiết kiệm được
nguyên vật liệu, gi m chi phí đầu tư ban đầu, thích hợp cho s n xuất đơn chiếc,
hàng loạt nhỏ. S n ph m s n xuất theo phương pháp dập ứng dụng r ng rãi cho các
ngành như: gia dụng, ô tô, không gian vũ trụ, y tế, dầu khí, quốc phịng,…
Trong luận văn này, khuôn dập được thiết kế để gia công dập cho các phơi dạng tấm
là nhơm A1050 có đường kính d = 110mm với b dày t = 1 và 1.2mm ở ba vận tốc
v = 5, 10 và 15mm/s. Với khe hở giữa cối và chày trong kho ng 1.15t, khơng biến
mỏng thành và có chặn phơi. L c dập trong quá trình dập ở ba vận tốc trên được đo
bởi loadcell dạng thanh. Van tiết lưu ổn tốc được dùng đi u khiển vận tốc của xy
lanh thủy l c cùng với vận tốc mong muốn cho cối trong q trình dập.
Mơ phỏng số q trình gia công dập được th c hiện với phần m m Pam – Stamp
với các thông số đầu vào của quá trình th c nghiệm. Kết qu mơ phỏng số giúp
chúng ta có thể d đốn ứng suất dư và khuyết tật trên b mặt chi tiết sau gia cơng;
d đốn đ mỏng và đ dày chi tiết, vị trí nhăn và rách chi tiết hay đ đàn hồi
ngược của vật liệu, và l c dập. T đó hạn chế các khuyết tật s n ph m, gi m phế
ph m trước khi gia công th c tế. Kết qu l c dập thu được ở mô phỏng so sánh với
kết qu l c dập th c nghiệm ở ba vận tốc v = 5, 10 và 15 mm/s cho hai b dày t = 1

và 1.2 mm với sai số trong kho ng t 3.82% đến 18.11%.
Kết hợp giữa th c nghiệm và mô phỏng quan sát l c, mỏng thành, đ nhám và ứng
suất dư. Các chỉ số ở trên cho thấy vận tốc thay đổi thì l c dập thay đổi ít và ứng
suất dư ít thay đổi. Với v = 15mm/s, kết qu mô phỏng và th c nghiệm có l c nhỏ
nhất, ứng suất dư và vùng giới hạn tạo hình ít nh hưởng tới s thay đổi vận tốc, đ
mỏng và đ dày của chi tiết có s thay đổi nhưng phụ thu c vào tấm vật liệu ban
đầu. Đ nhám b mặt là tương đối thấp và cho s n ph m đạt yêu cầu: v hình dáng,
kích thước và chất lượng b mặt. Vì vậy với các tiêu chí trên khi gia cơng, vận tốc v
= 15mm/s là tốt nhất cho quá trình gia công dập cho các trường hợp xem x t trong
luận văn này.

ii


ABSTRACT
Stamping process is a method of metal sheet forming by pressure, to form the
profile of piece from the sheet blank under the stamping force resulting in local
deformation according to the profile of the die. Pieces are manufactured by this
method have the advantages in comparing with other sheet metal forming methods
such as spinning, and rolling: saving materials, reducing initial investment costs,
suitable for single-unit production and small mass-production. Products
manufactured by stamping methods are widely used for industries such as home
appliances, automotive, aerospace, medical, petroleum and defense.
In this thesis, the die is designed for punching for sheet metal A1050 aluminum
with a diameter of 110mm and two thicknesses t = 1 and 1.2mm at three velocities v
= 5, 10 and 15mm/s. With a gap between the die and the punch about 1.15t, do not
turn thin and blank clamped. The stamping force at these three velocities is
measured by the loadcell. The flow control valve is used to control the velocity of
the hydraulic cylinder at the desired speed of the die during the stamping process.
Simulation of the stamping process is undertaken with the Pam-Stamp software

with the same of the parameters of the experimental process. Simulation results
allow us to predict the residual stress, and defect the failures on the surface after
processing; to predict the thickness and thinning of the piece, the location of the
wrinkle and tear, or the spring-back phenomena. This simulation will help to reduce
the failure products. The results of the stamping force obtained in the simulations
were compared with those of the experiments at three velocities v = 5, 10 and 15
mm/s for the thicknesses t = 1mm and t = 1.2mm with the uncertainties ranging
from 3.82% to 18.11%.
All results between the experiment and simulation such as the stamping force,
thinning, roughness and residual stress are observed to point out that the velocity
change slightly affect the change in stamping force and the residual stress. With the
velocity v = 15mm/s, the simulation and experimental results show the Minimum
stamping force. The residual stress and FLD location are less likely to affect the
velocity change. The change of thinning and thickness of the piece has the change
that depends on the initial thickness of the blank. The surface roughness is relatively
low and the pieces satisfy the requirements as: shape, size and surface quality. So
with the above criteria the velocity v = 15mm/s should be chosen for stamping
processes of the cases considered in this thesis.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các kết qu nghiên cứu và
các số liệu trong luận văn là trung th c, không sao ch p t bất kỳ m t nguồn nào và
dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham kh o các nguồn tài liệu đã được th c hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham kh o đúng quy định.
Học viên

Nguyễn Hữu Phước


iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT .................................................................................................................. ii
ABSTRACT .............................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iv
MỤC LỤC...................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................... xii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
1. Vấn đ nghiên cứu..................................................................................................2
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................4
5. Ý nghĩa th c tiễn của đ tài.....................................................................................7
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................8
1.1 Giới thiệu...............................................................................................................8
1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng trong q trình gia cơng dập. ........8
1.2.1 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. ........................................................8
1.2.2 B n dẻo....................................................................................................10
1.2.3 Dẻo nguyên chất.......................................................................................11
1.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn. ................................................................11
1.2.5 Ứng dụng cho chi tiết dạng tấm mỏng, dẻo. ............................................11
1.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu..................................................17
1.3.1 Phân tích kỹ thuật khuôn dập. ..................................................................17
1.3.2 L c: .........................................................................................................18

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM Q TRÌNH GIA CƠNG DẬP PHƠI DẠNG
TẤM ..........................................................................................................................21

v


2.1 Sơ đồ th c nghiệm. ............................................................................................21
2.2 Thiết bị, vật tư. ....................................................................................................22
2.2.1 Thiết bị dập. .............................................................................................22
2.2.2 Van tiết lưu đi u khiển tốc đ cối. ..........................................................23
2.2.3 C m biến đo l c. ......................................................................................25
2.2.4 B khuếch đại...........................................................................................26
2.2.5 B thu và chuyển đổi tín hiệu. .................................................................27
2.2.6 B nguồn điện 24V. .................................................................................28
2.2.7 Máy tính xách tay.....................................................................................29
2.2.8 Phơi nhơm A1050. ..................................................................................29
2.2.9 Cối (Khn trên). .....................................................................................31
2.2.10 Mặt bích giữ phơi. ..................................................................................31
2.2.11 Trục dẫn hướng. .....................................................................................32
2.2.12 Chày ( Khuôn dưới). ..............................................................................32
2.2.13 Đồ gá c m biến loadcell. ........................................................................33
2.2.14 Lò xo. .....................................................................................................34
2.3 Kết qu đo l c dập. .............................................................................................35
2.3.1 Mẫu 01 với t = 1mm.................................................................................35
2.3.2 Mẫu 02 với t = 1.2 (mm). .........................................................................37
2.4 B dày chi tiết.....................................................................................................39
2.5 Đ nhám b mặt. .................................................................................................40
2.6 M t số hình nh thí nghiệm: ...............................................................................43
CHƯƠNG 3 MƠ PHỎNG Q TRÌNH DẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN
TỬ HỮU HẠN VỚI PHẦN MỀM PAM – STAMP ................................................48

3.1 Tổng quan v phần m m Pam – Stamp...............................................................48
3.2 Mơ hình số trong mơ phỏng q trình dập..........................................................49
3.3 Phần tử.................................................................................................................52
3.4 Chia lưới.............................................................................................................54
3.5 Tiếp xúc và ma sát...............................................................................................54
3.6 Tốc đ cối............................................................................................................55

vi


3.7 Kết qu đạt được trong q trình mơ phỏng. .....................................................56
3.7.1 Mẫu 1 với t = 1mm...................................................................................57
3.7.1.1 Ứng suất dư của chi tiết. ...................................................................57
3.7.1.2 L c dập..............................................................................................57
3.7.1.3 Đ dày chi tiết. ..................................................................................59
3.7.1.4 Vùng giới hạn tạo hình ( FLD: forming limit diagram)....................60
3.7.1.5 Đ mỏng đi của chi tiết. ....................................................................60
3.7.2 Mẫu 2 với t = 1.2mm................................................................................61
3.7.2.1 Ứng suất dư của chi tiết. ...................................................................61
3.7.2.2 L c dập..............................................................................................61
3.7.2.3 B dày chi tiết....................................................................................64
3.7.2.4 Vùng giới hạn tạo hình (FLD: Forming limit diagram)....................64
3.7.2.5 Đ mỏng đi của chi tiết. ....................................................................65
3.7.3 Mẫu 3 với t = 1.5mm................................................................................65
3.7.3.1 Ứng suất dư của chi tiết. ...................................................................65
3.7.3.2 L c dập..............................................................................................66
3.7.3.3 Đ mỏng đi của chi tiết. ....................................................................67
3.7.3.4 Vùng FLD. ........................................................................................67
3.7.3.5 Đ dày của chi tiết. ..........................................................................68
3. 8 Kết luận: .............................................................................................................69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................72
1. Kết luận .................................................................................................................72
2. Kiến nghị ...............................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................74
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................76

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1 S n Ph m ứng dụng trong cơng nghiệp quốc phịng. ..................................5
Hình 0.2 S n ph m ứng dụng ngành gia dụng [6].......................................................6
Hình 0.3 S n ph m ứng dụng trong ngành y tế [6]......................................................6
Hình 0.4 Sơ đồ biểu diễn q trình gia cơng chi tiết bằng phương pháp dập [7]. ......7
Hình 1.1 Hình dáng tấm chi tiết gần giống hình nón cụt. .........................................14
Hình 1.2 Bước 1 q trình gia cơng dập. ..................................................................19
Hình 1.3 Bước 2 q trình gia cơng dập. ..................................................................20
Hình 1.4 Bước gần kết thúc q trình gia cơng dập [7]............................................20
Hình 2.1 Sơ đồ th c nghiệm. ....................................................................................21
Hình 2.2 Thiết bị dập. ...............................................................................................22
Hình 2.3 Van tiết lưu ổn tốc hiệu Yuken, FG- 02- 03- 03. .......................................23
Hình 2.4 Sơ đồ hoạt đ ng van ổn tốc........................................................................24
Hình 2.5 Thiết bị để hiệu chỉnh van tiết lưu để đạt tốc đ cối mong muốn..............24
Hình 2.6 C m biến l c đơn CBSB- 5T. ....................................................................25
Hình 2.7 B khuếch đại tín hiệu................................................................................27
Hình 2.8 B thu và chuyển đổi tín hiệu FTezDAQ. .................................................27
Hình 2.9 Giao diện hiển thị phần m m FTezDAQ 2.0. ............................................28
Hình 2.10 B nguồn điện 24V. .................................................................................29
Hình 2.11 Phơi hợp kim nhơm chu n bị dập. ...........................................................30
Hình 2.12 Phơi nhơm b dày 1mm............................................................................30

Hình 2.13 Phơi nhơm b dày 1.2mm. .......................................................................30
Hình 2.14 Cối (Khn trên). .....................................................................................31
Hình 2.15 Mặt bích giữ phơi. ....................................................................................31
Hình 2.16 Trục dẫn hướng. .......................................................................................32
Hình 2.17 Chày (Khn dưới). .................................................................................33
Hình 2.18 Đồ gá cho c m biến loadcell. ...................................................................33
Hình 2.19 Lị xo. .......................................................................................................34
Hình 2.20 B n vẽ khn tạo hình..............................................................................35
Hình 2.21 L c dập (KN), t= 1mm, v = 5mm/s. ........................................................35
Hình 2.22 L c dập(KN), t= 1mm, v = 10mm/s. .......................................................36
Hình 2.23 L c dập(KN), t= 1mm, v = 15mm/s. .......................................................36
Hình 2.24 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 5mm/s. ......................................................37
Hình 2.25 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 10mm/s. ....................................................38
Hình 2.26 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 15mm/s. ....................................................38
Hình 2.27 Chi tiết được cắt làm hai để kiểm tra b dày............................................40
Hình 2.28 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1 mm ....................................................41

viii


Hình 2.29 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm ( v = 5mm/s)................................41
Hình 2.30 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm (v = 10mm/s)...............................42
Hình 2.31 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm (v = 15mm/s)...............................42
Hình 2.32 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1.2mm. .................................................43
Hình 2.33 Thiết bị dập và chi tiết dập.......................................................................44
Hình 2.34 Phơi đặt lên tấm giữ phơi. ........................................................................44
Hình 2.35 Cận c nh q trình gia cơng.....................................................................45
Hình 2.36 Nửa hành trình dập...................................................................................45
Hình 2.37 S n ph m sau gia cơng.............................................................................46
Hình 2.38 S n ph m sau gia cơng được đánh số. .....................................................46

Hình 2.39 S n ph m sau gia cơng được đánh số kiểm tra. .......................................47
Hình 3.1 Mơ hình tổng hợp phần tử, nút và chia lưới...............................................49
Hình 3.2 Đường biến cứng của nhơm, A1050. .........................................................51
Hình 3.3 Mơ hình số trong mơ phỏng. ......................................................................51
Hình 3.4 Phần tử 3 nút. .............................................................................................52
Hình 3.5 Phần tử 4 nút. .............................................................................................53
Hình 3.6 Mơ hình chọn phần tử tấm 4 nút cho mơ phỏng số....................................53
Hình 3.7 Chia lưới chày, cối và phơi trong q trình mơ phỏng. .............................54
Hình 3.8 Tiếp xúc hàm phạt. .....................................................................................55
Hình 3.9 Mơ phỏng số nghiệm q trình dập chi tiết dạng trụ. ................................56
Hình 3.10 Mơ phỏng chi tiết q trình dập. ..............................................................56
Hình 3.11 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập. .......................................57
Hình 3.12 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 5mm/s. ......................58
Hình 3.13 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 10mm/s. ....................58
Hình 3.14 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 15mm/s. ....................59
Hình 3.15 Ảnh hưởng đ biến đổi b dày trên suốt chi u dài chi tiết(mm). ............59
Hình 3.16 Vùng giới hạn tạo hình (FLD). ................................................................60
Hình 3.17 Đ mỏng đi của chi tiết (mm). .................................................................60
Hình 3.18 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập. .......................................61
Hình 3.19 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết(mm), v = 5mm/s. .......................62
Hình 3.20 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 10mm/s. ....................62
Hình 3.21 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 15mm/s. ....................63
Hình 3.22 B dày chi tiết sau khi dập (mm). ............................................................64
Hình 3.23 Vùng FLD sau quá trình dập....................................................................64
Hình 3.24 Đ mỏng đi của chi tiết (mm). .................................................................65
Hình 3.25 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập. .......................................66
Hình 3.26 L c trên chi u dài chi tiết (mm), t = 1.5mm, v = 10mm/s.......................66
Hình 3.27 Ảnh hưởng đ biến đổi b dày trên suốt chi u dài chi tiết (mm). ...........67
Hình 3.28 Ảnh hưởng vùng FLD trên suốt chi u dài chi tiết. .................................67


ix


Hình 3.29 Đ mỏng đi của chi tiết (mm). .................................................................68
Hình 3.30 L c dập trên suốt chi u dài chi tiết, v = 10mm/s. ....................................68

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
B
B
B
B
B
B
B
B

ng 2.1 Số công tơ – m t trên van ổn tốc. ..............................................................25
ng 2.2 Thông số kỹ thuật của c m biến l c CBSB – 5T. .....................................26
ng 2.3 Đặc tính thơng số vật liệu nhơm. ...............................................................29
ng 2.4 Thơng số lị xo. ..........................................................................................34
ng 3.1 Thơng số đường kính chày và cối..............................................................50
ng 3.2 Đặc tính của hợp kim nhơm A1050 cho mơ phỏng...................................50
ng 3.3 B ng tóm tắt l c, chất lượng b mặt và đ mỏng thành, t = 1mm. ...........70
ng 3.4 B ng tóm tắt l c, chất lượng b mặt và đ mỏng thành, t = 1.2mm. ........70

xi



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
D

Đường kính tấm

Db

Đường kính cối

DR

Hệ số vuốt

DP

Đường kính chày

d

Đường kính ngồi chi tiết hình trụ.

dA

khu v c tăng đ dày tấm mỏng chi tiết dV = tdA.

dE

Biến dạng th c tế


dEp

Thành phần tăng biến dạng dẻo.

du

Phần tử chuyển vị tăng của chi tiết .

dλ

Hệ số tỉ lệ của vật liệu dẻo.

F

L c dập

Fh

L c kẹp phôi

G

Môđun cắt

H’

Đ dốc của đường cong ứng suất và biến dạng.

Rd


Góc lượn cối

Rip

Tham số đ ng hướng ph ng

r

Hệ số co rút

Sm

Hằng số vật liệu.

ST

Đ b nk o

T

L c k o.

t

B dày cục b .

xii


t/Db


Tỉ lệ b dày /đường kính tấm

u

Ma trận

u(m)

V c tơ chuyển vị

Y

Cường đ ch y
Hàm số

σe

Ứng suất tương đương.

σij

Thành phần của ứng suất.

,

Đ lệch do biến dạng.

=


-

Ứng suất th c.
̅

Tốc đ ch y khi biến dạng.
Biến dạng đàn hồi

εij
δij

Thành phần của biến dạng
(i = tọa đ trục x, j = tọa đ trục y, k = tọa đ trục z).

xiii


MỞ ĐẦU
Ngày nay đất nước ta phát triển, khoa học kỹ thuật cũng ph i h i nhập với thế
giới, tận dụng các công nghệ hiện đại để phát triển đất nước. Trong đó, ngành
cơ khí được nhà nước chọn là ngành mũi nhọn để phát triển, nhằm góp phần đ y
mạnh cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước m t cách nhanh chóng hơn. Tuy
nhiên, hiện nay ngành cơ khí nói chung, gia cơng áp l c nói riêng ở nước ta cịn
nhi u hạn chế, cơng nghệ cịn lạc hậu so với thế giới. Trong đó, cơng nghệ dập
kim loại để tạo hình cũng khơng là ngoại lệ. Việc nhập hồn tồn cơng nghệ tiên
tiến, sẽ tốn rất nhi u chi phí. Vấn đ cấp thiết đặt ra là nghiên cứu các gi i pháp
nhằm tiết kiệm chi phí mà s n ph m tạo ra vẫn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Dập là m t phương pháp gia công kim loại bằng áp l c để tạo hình chi tiết t
phơi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạng
của khuôn. Phương pháp gia công dập tạo hình ra đời t


nhi u thập kỷ trước.

Người thợ dùng dụng cụ thô sơ để tạo các s n ph m như xoang ch o, nồi,... Đến thế
kỷ 19, công nghệ dập áp dụng r ng rãi trong đồ gia dụng, công nghiệp.
Các ngành công nghiệp dập kim loại tấm, cịn được gọi là ngành cơng nghiệp kim
loại tấm p, là m t trong những ngành quan trọng của ngành công nghiệp ở Việt
nam. Kim loại tấm được sử dụng trong hầu hết các lĩnh v c s n xuất công nghiệp,
ch ng hạn đồ gia dụng như máy lạnh, máy giặt, tủ bếp, dụng cụ nhà bếp, v.v, đặc
biệt là ở các b phận chi tiết trong ô tơ và các ngành cơng nghiệp điện tử. Có ba
phương pháp chính được sử dụng trong kim loại tấm 1) khn cắt, uốn hoặc tạo
hình: q trình tùy thu c vào yêu cầu khách hàng và thiết kế khuôn dập tạo hình. 2)
uốn hoặc tạo hình, là m t quá trình sử dụng để làm biến dạng hoặc thay đổi hình
dạng khác nhau của kim loại vật liệu tấm, 3) dập là m t quá trình dập các kim loại
tấm, ngày càng được phổ biến trong quá trình hoạt đ ng s n xuất. Hơn nữa, quá
trình dập kim loại tấm cũng có thể bao gồm các phương pháp khác nhau ch ng hạn
như dập nổi, gấp m p, cán mỏng, khắc, dập nóng và dập cắt [1, 2].

1


Lợi ích khi ứng dụng phương pháp gia cơng dập: Tăng kh

năng sử dụng

nguyên vật liệu, đặc biệt là gi m chi phí đầu tư ban đầu, c i thiện tính chất kim loại,
thích hợp cho các chi tiết trong thiết bị chịu áp l c lớn, phù hợp cho s n xuất đơn
chiếc, hàng loạt nhỏ.
1. Vấn đề nghiên cứu.
Dập là m t phương pháp gia công kim loại bằng áp l c, để tạo hình chi tiết t

phơi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạng
của khuôn. S n ph m gia cơng theo phương pháp này có ưu điểm là có đ b n, chịu
được áp l c cao hơn so với gia công theo các phương pháp khác, tiết kiệm được
nguyên vật liệu, gi m chi phí đầu tư ban đầu, thích hợp cho s n xuất đơn chiếc,
hàng loạt nhỏ. S n ph m s n xuất theo phương pháp dập ứng dụng r ng rãi cho các
ngành như: gia dụng, ô tô, không gian vũ trụ, y tế, dầu khí, quốc phịng,…
Để gi m chi phí cho gia cơng thử, ứng dụng phương pháp số để mơ phỏng q trình
gia cơng dập bằng phần m m trên máy tính trước khi gia cơng chi tiết. Ở đây,
ứng dụng phần m m, Ansys Multiphysics, Pam – Stamp chạy mơ phỏng q trình
gia cơng dập, phân tích ứng suất, b dày của b mặt chi tiết và d đoán l c p.
Th c nghiệm để kiểm tra lại kết qu tính tốn bằng phương pháp số, người nghiên
cứu ph i th c hiện các công việc, thu nhận và xử lí tín hiệu kết nối với máy tính t
thiết bị đo l c. Qua th c nghiệm thu được dữ liệu v l c, b dày chi tiết sau gia
công, đ nhám b mặt mà thể hiện cụ thể qua các biểu đồ v : l c trên chi u dài
chi tiết gia công, nh hưởng s thay đổi tốc đ cối đến b dày chi tiết, nh hưởng s
thay đổi tốc đ cối đến đ nhám b mặt.
Như vậy, tính tốn d a trên phương pháp số và th c nghiệm thu được kết qu biểu
thị qua các biểu đồ v l c trên suốt chi u dài gia cơng dập, do đó dễ dàng có s so
sánh các giá trị l c trên chi u dài gia cơng dập giữa tính tốn số so với th c nghiệm
trong kho ng sai số cho ph p để khuyến khích sử dụng phương pháp tính tốn
số gi m chi phí ban đầu, góp phần gi m giá thành s n ph m.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu.
Ba mục tiêu nghiên cứu chính trong luận văn này:
- Nghiên cứu nh hưởng của l c với các tốc đ dập khác nhau, quá trình dập chi
tiết dạng tấm bằng th c nghiệm và mô phỏng số.
- Nghiên cứu s phân bố ứng suất dư của chi tiết sau khi dập với các tốc đ khác

nhau bằng phương pháp mô phỏng số.
- Nghiên cứu đ mỏng thành của chi tiết sau khi dập với các tốc đ dập khác nhau
bằng th c nghiệm và mô phỏng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Ứng dụng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và lý thuyết phần tử hữu hạn để mơ
phỏng q trình gia cơng dập.
Trong phạm vi nghiên cứu, đ tài tập trung làm th c nghiệm với phôi dạng tấm để tạo
ra các chi tiết (s n ph m) hình trụ, các mẫu phơi được chọn th c hiện cho th c nghiệm
như sau:
Các thông số đầu vào: Các vận tốc được xem x t trong th c nghiệm t 5mm/s, 10mm/s,
15mm/s [1,2]. Và b dày phơi.
Mẫu 1: B dày: 1.0mm đường kính 110mm. (Th c nghiệm và mô phỏng)
Mẫu 2: B dày: 1.2 mm đường kính 110mm. (Th c nghiệm và mơ phỏng)
Mẫu 3: B dày: 1.5 mm đường kính 110mm. (Mơ phỏng)
Nghiên cứu nh hưởng của tốc đ cối tới l c dập và b dày chi tiết trong q
trình gia cơng dập.
Khơng nghiên cứu khuyết tật nhăn của q trình gia công dập.
Thiết kế thiết bị để đo l c dập trong q trình gia cơng dập.

3


4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu nh hưởng của l c và tốc đ cối trong quá trình dập chi tiết dạng tấm
được th c hiện d a trên lý thuyết biến dạng dẻo kim loại tấm, và xây d ng mơ hình
tốn học d a trên lý thuyết phần tử hữu hạn để mô phỏng q trình gia cơng dập.
Phân tích q trình dập các chi tiết tấm mỏng với s nhấn mạnh đặc biệt v hình
dáng chi tiết. Q trình này được mơ phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM) sử dụng vật liệu b n dẻo. Bởi vì l c dập tương đối nhỏ (thường dùng khí n n
thủy l c) và biến dạng không nhi u, nhiệt đ không được xem x t trong mơ hình.

Trong phân tích dùng phần tử đối xứng trục. Mơ hình này cũng được kiểm chứng
bằng th c nghiệm. Phần m m mô phỏng số Ansys, Pam- Stamp đang là m t công
cụ để mô phỏng quá trình biến dạng tạo hình được sử dụng r ng rãi trên thế giới.
Cơng cụ mơ hình hóa – mô phỏng số trong Pam-Stamp tạo đi u kiện thuận lợi cho
các nhà kỹ thuật nghiên cứu quá trình tạo hình, các đi u kiện bài tốn ngay trên máy
tính nhằm tối ưu q trình cơng nghệ. T đó giúp gi m thời gian, gi m chi phí cho
việc thiết kế, chế tạo và hiệu chỉnh. M t trong những ứng dụng phổ biến của phần
m m Pam- Stamp là sử dụng để mơ phỏng q trình dập tấm, đặc biệt là mơ phỏng
q trình dập vuốt t phơi kim loại tấm. Do vậy, khóa luận này đã tiến hành nghiên
cứu th c nghiệm và khai thác phần m m Pam- Stamp để mơ phỏng q trình tạo
hình m t chi tiết trong th c tế [3].
Ba khía cạnh của vấn đ hiện đang được nghiên cứu cho phù hợp. Đầu tiên là liên
quan với s phát triển của m t mơ hình phần tử hữu hạn và thơng số vật liệu và q
trình tạo mơ hình phi tuyến, với đi u kiện b mặt chuyển tiếp sử dụng phần m m
Pam- Stamp. Các trạng thái đàn hồi dẻo của vật liệu chi tiết tấm được sử dụng đ ng
hướng và bất đ ng hướng cấu trúc mơ hình đã được xây d ng trong Pam-Stamp. Áp
dụng hạn chế ma sát tiếp xúc tại b mặt chuyển tiếp cũng được giới thiệu cho phần
tử tiếp xúc [4].
Lý thuyết phần tử hữu hạn, các quá trình tạo hình của dập vuốt khơng có l c kẹp,
được dùng chủ yếu trong việc tạo hình kim loại tấm mỏng, dập vuốt có m t số ưu

4


điểm so với dập thơng thường là: hình thành l c dập tương đối thấp, các thiết bị và
máy móc cho việc tạo hình đơn gi n, và tỷ lệ dập đạt được có thể tăng lên đến 2.8.
Tỉ lệ kích thước thay đổi đáng kể trong b dày thành vách. Do đó, ứng suất của
thành vách trên các cạnh, q trình chuyển đổi phía dưới thành vách có thể lớn hơn
0.3. Các kiến thức v hình học, đặc biệt là đ dày thành vách chi tiết hình trụ là
quan trọng, nó xác định các thơng số hình học th c tế rất cần thiết cho thiết kế tạo

hình thành cơng như thiết kế ngược, vẽ lại, cho q trình gia công cắt gọt khác nhau
(tiện, mài) [1].
Công nghệ gia công áp l c là m t ngành cơ b n trong s n xuất cơ khí. Cơng nghệ
này cho ph p tạo ra những s n ph m, chi tiết có kích thước lớn và hình dạng phức
tạp, nhất là cho tổ chức kim loại có chất lượng v cơ tính tốt, năng suất cao, u cầu
tay ngh cơng nhân khơng cao t đó giúp hạ giá thành s n ph m. Dập là nguyên
công quan trọng trong gia cơng áp l c, dập là q trình biến phơi ph ng thành phôi
rỗng thông qua các dụng cụ chày và cối [5].

Hình 0.1 S n Ph m ứng dụng trong cơng nghiệp quốc phịng.
Trong đ tài này phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp th c
nghiệm và mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp th c
nghiệm sẽ được tiến hành đo l c dập, đ mỏng thành, đ nhám ở các vận tốc khác
nhau. Phương pháp mô phỏng số sẽ được tiến hành trên phần m m Pam – Stamp để
đạt được kết qu mô phỏng v l c dập, đ mỏng thành và s phân bố ứng suất dư
trên chi tiết sau q trình dập. Các kết qu mơ phỏng và th c nghiệm sẽ được so
sánh để đánh giá v s chính xác và đ tin cậy của kết qu đạt được.

5


Hình 0.2 S n ph m ứng dụng ngành gia dụng [6].

Hình 0.3 S n ph m ứng dụng trong ngành y tế [6].

6


L c
Chày

L c kẹp

Khe hở

Cối

Đường kính phơi

Hình 0.4 Sơ đồ biểu diễn q trình gia cơng chi tiết bằng phương pháp dập [7].
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Dập là phương pháp gia công không phôi, chất lượng b mặt tốt và chịu áp suất cao,
dập đang được ứng dụng r ng rãi trong các nghành công nghiệp và dân dụng. S n
ph m với chất lượng b mặt tương đối tốt. Kết qu nghiên cứu tìm ra nh hưởng của
l c với tốc đ của cối và b dày phơi khác nhau trong q trình gia cơng dập các chi
tiết dạng tấm để: năng cao năng suất, gi m giá thành, chất lượng s n ph m, đ m b o
hình dạng và kích thước s n ph m, ngăn c n khuyết tật. Có thể ứng dụng các vật
liệu kim loại tấm khác nhau. Mô phỏng d đoán được ứng suất dư trên b mặt vật
liệu sau gia công dập.

7


CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thi u.
Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng r ng rãi cho mơ phỏng q trình gia
cơng tạo hình th p tấm như: miết, vuốt, uốn, dập cắt, dập nổi…v.v. Các nghiên cứu
v hiện tượng dập tạo hình chủ yếu liên quan đến lý thuyết v biến dạng dẻo của vật
liệu, tiếp xúc giữa cối và chày và vật liệu. S ra đời của máy tính và s phát triển
của khoa học kỹ thuật và đặc biệt hơn là vật liệu cơ khí, phương pháp phần tử hữu
hạn đã phát triển t năm 1960 và hiện đang được sử dụng trong nhi u phần m m

mô phỏng kỹ thuật số. Vấn đ này được x t đến b n dẻo và dẻo đàn hồi phổ biến
nhất được sử dụng trong việc phân tích các q trình tạo hình. Các phương pháp
phân tích khác nhau và kết qu ứng suất dư trong quá trình dập tạo hình cũng được
xem x t. Trong chương này trình bày mơ hình phần tử hữu hạn và lý thuyết cho q
trình gia cơng dập chi tiết dạng tấm.
1.2 Phương pháp ph n tử hữu hạn được sử dụng trong q trình gia cơng dập.
1.2.1 Bi n d ng đ n h i v bi n d ng d o.
a. Quy định v vật liệu: Định luật Hooke cho vật liệu đàn hồi.
d

=

+

(dσij -

+

δijdσkk)

(1-1)

E là mô đun đàn hồi young, v là hệ số possion.
Các phương trình và các tiêu chí trong lĩnh v c biến dạng dẻo von- Mises.
D εij = d εeij +d εeij
p

dεij = dλσij với
dσij = 2G[dεij +δij


v
− v

(1-2)

σij σij = σe

(1-3)

3

dεkk -σij

D = đường kính tấm.

8

k d k

Sm

]

(1-4)