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

Vũ Đức Quang

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH ĐỂ TẠO HÌNH
CHI TIẾT RỖNG DẠNG TRỤ BẬC VÀ CHỮ T TỪ PHƠI ỐNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2023


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

Vũ Đức Quang

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH ĐỂ TẠO HÌNH CHI
TIẾT RỖNG DẠNG TRỤ BẬC VÀ CHỮ T TỪ PHƠI ỐNG

Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Hà Nội - 2023

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả nội dung nghiên cứu trong luận án Nghiên cứu công
nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phơi ống là
cơng trình nghiên cứu của tơi, hồn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
Nguyễn Đắc Trung. Các kết quả trong luận án là hoàn tồn trung thực và chưa
từng được tác giả khác cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nghiên cứu nào.
Tơi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn
và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc theo đúng quy
định.
Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2023
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung

TÁC GIẢ

Vũ Đức Quang

i


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cá nhân và tập thể đã giúp đỡ
nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Đặc biệt, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất
tới PGS.TS. Nguyễn Đắc Trung, thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ, gợi mở sáng tạo
trong quá trình làm luận án.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí,
Nhóm chun mơn Gia cơng áp lực và các bạn sinh viên đã giúp đỡ, đặc biệt TS.

Đinh Văn Duy - Trưởng nhóm chun mơn Gia công áp lực.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí, Bộ mơn Gia cơng áp
lực, Phịng thí nghiệm Gia cơng áp lực – Học viện Kỹ thuật Quân sự vì sự hỗ trợ
và giúp đỡ kỹ thuật cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình tiến hành thực
nghiệm. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn tất cả các bạn sinh viên Khoa cơ khí – Đại
học Kinh tế Kỹ thuật Cơng nghiệp vì sự hỗ trợ của các bạn.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí, các Phịng
ban của trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất
về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu của nghiên cứu sinh.
Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình, bạn bè vì sự động
viên và hỗ trợ trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận án này.
Nghiên cứu sinh

Vũ Đức Quang


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT....................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.........................................................................x
MỞ ĐẦU

1

1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài........................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài.......................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài..........................................................................2

5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..........................................................3
7. Các đóng góp mới của luận án..........................................................................3
8. Bố cục của luận án............................................................................................4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG 5
1.1. Khái quát về công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống.............................................5
1.2. Các kết quả nghiên cứu ngồi nước và trong nước về cơng nghệ dập
thủy tĩnh phơi ống.................................................................................................8
1.2.1. Ngồi nước.................................................................................................8
1.2.1.1. Về sản phẩm...........................................................................................8
1.2.1.2. Về công nghệ........................................................................................12
1.2.1.3. Về thiết bị và khuôn..............................................................................22
1.2.2. Trong nước...............................................................................................29
1.3. Phân tích đánh giá các nghiên cứu trong và ngồi nước..............................30
1.4. Xác định các vấn đề nghiên cứu..................................................................31
Kết luận chương 1...............................................................................................31
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHƠI
ỐNG
33
2.1. Q trình dập thủy tĩnh phơi ống.................................................................33
2.2. Mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong dập thủy tĩnh phơi ống...............34
2.3. Xây dựng mơ hình nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống...............38
2.3.1. Xác định các thành phần lực dọc trục.......................................................40


2.3.2. Xác định các giới hạn tạo hình và kiểm sốt q trình tạo hình...............41
Kết luận chương 2...............................................................................................47
Chương 3. NGHIÊN CỨU Q TRÌNH DẬP THỦY TĨNH PHƠI ỐNG
BẰNG MƠ PHỎNG SỐ.....................................................................................48
3.1. Lựa chọn công cụ mô phỏng số...................................................................48

3.2. Thiết lập bài tốn mơ phỏng số nghiên cứu cơng nghệ dập thủy tĩnh
phơi ống
50
3.2.1. Thiết lập mơ hình hình học 3D.................................................................50
3.2.2. Chia lưới phần tử......................................................................................51
3.2.3. Mơ hình vật liệu.......................................................................................51
3.2.4. Thiết lập các điều kiện biên......................................................................52
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của bốn mức độ cấp phôi và áp suất chất lỏng
tới khả năng tạo hình chi tiết ống trụ bậc............................................................55
3.3.1. Mức 1

56

3.3.3. Mức 3

58

3.3.4. Mức 4

60

3.3.5. Miền giá trị của các thông số công nghệ..................................................61
3.3.6. Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu ra với với áp suất chất
lỏng pi và chuyển vị mặt đầu ống s64
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của bốn mức độ cấp phôi và áp suất chất lỏng
tới khả năng tạo hình chi tiết ống chữ T..............................................................67
3.4.1. Mức 1

67


3.4.2. Mức 2

68

3.4.3. Mức 3

68

3.4.4. Mức 4

69

3.4.5. Miền giá trị của các thông số công nghệ..................................................73
3.4.6. Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số đầu ra với với áp suất chất
lỏng
pi
và
chuyển
vị
mặt
đầu
ống
s…………………………………………………………………………………….75
Kết luận chương 3...............................................................................................79
Chương 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP THỦY TĨNH PHÔI ỐNG
BẰNG THỰC NGHIỆM....................................................................................80
4.1. Hệ thống thực nghiệm q trình dập thủy tĩnh phơi ống..............................80
4.1.1. Máy ép thủy lực........................................................................................81
4.1.2. Máy dập thủy tĩnh phôi ống......................................................................82



4.1.3. Khn thí nghiệm.....................................................................................83
4.1.4. Kết nối hệ thống thực nghiệm..................................................................84
4.2. Thực nghiệm và kết quả..............................................................................84
4.2.1. Trình tự tiến hành thực nghiệm................................................................85
4.2.1.1. Chọn áp suất chất lỏng, mức chuyển vị mặt đầu ống, và lực dọc
trục…………………………………………………………………….85
4.2.1.2. Các bước tiến hành thực nghiệm...........................................................86
4.2.2. Kết quả thực nghiệm và so sánh...............................................................87
4.2.2.1. Kết quả thực nghiệm và so sánh chi tiết ống trụ bậc.............................88
4.2.2.2. Kết quả thực nghiệm và so sánh chi tiết ống chữ T...............................97
4.2.3. So sánh và phân tích...............................................................................102
Kết luận chương 4.............................................................................................105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................108
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.................118


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
CDA110

Đơn vị
-

CAE

-

FE


-

FEM

-

STH

mm

U1

mm

U3

mm

d0
t0
L0
Dp

mm
mm
mm
mm

Dp


%

Lp1
Lp2
Lp
ti
Dv
Hv
Hv
tc
LT
lf
pi
pe
p
s
s

mm
mm
mm
mm
mm
mm
%
mm
mm
mm
MPa

MPa
MPa
mm
mm

ltx

mm


z
r = K
eff
Y
U
c
εθ
εz

N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
-

Giải nghĩa
Vật liệu 99.9%Cu

Computer-aided engineering - Kỹ thuật thông qua
sự trợ giúp của máy tính
Finite Element - Phần tử hữu hạn
Finite Element Method – Phương pháp phần tử hữu
hạn
Chiều dày chi tiết (được sử dụng trong
Abaqus/CAE)
Chuyển vị mặt đầu ống theo trục OX (được sử dụng
trong Abaqus/CAE)
Chuyển vị mặt đầu ống theo trục OZ (được sử dụng
trong Abaqus/CAE)
Đường kính phơi ống
Bề dày phơi ống
Chiều dài phơi ống
Đường kính phình giãn rộng của chi tiết ống trụ bậc
Sai số đường kính phình giãn rộng của chi tiết ống
trụ bậc
Chiều dài vùng phình giãn rộng 1
Chiều dài vùng phình giãn rộng 2
Chiều dài chi tiết ống trụ bậc
Chiều dày chi tiết vùng giãn rộng
Đường kính vấu chi tiết ống chữ T
Chiều cao vấu của chi tiết ống chữ T
Sai số chiều cao vấu của chi tiết ống chữ T
Chiều dày chi tiết ở đỉnh vấu
Chiều dài chi tiết ống chữ T
Chiều dài ống tự do
Áp suất chất lỏng công tác
Áp suất bên ngoài ống
Áp suất

Chuyển vị mặt đầu ống
Tổng chuyển vị mặt đầu ống
Chiều dài tiếp xúc ban đầu của ống với bề mặt
khuôn
Ứng suất tiếp
Ứng suất dọc trục
Ứng suất hướng tâm
Ứng suất tương đương
Ứng suất chảy giới hạn
Ứng suất bền giới hạn
Ứng suất nén tới hạn dọc trục
Biến dạng tiếp tuyến
Biến dạng dọc trục


εt
εeff
max
max
Fa
Fp
Fz
Ff
Fck
Fg
μ
ρ
E

%

%
N
N
N
N
N
N
kg/m3
GPa

Biến dạng bề dày
Biến dạng tương đương
Mức độ biến mỏng
Sai số mức độ biến mỏng
Lực dọc trục
Lực làm kín theo áp suất chất lỏng Pi
Lực biến dạng trong thành ống
Lực lực ma sát
Lực kín khít trong q trình dập
Lực lực đối áp
Hệ số ma sát
Khối lượng riêng
Mô đun đàn hồi

K
n
ν


MPa

%

I1

MPa

a2, a4, a6, a8

mm

IT1, IT2, IT3

MPa

AT1, AT2,
AT3, AT4

mm

Hệ số biến cứng của vật liệu
Số mũ hóa bền của vật liệu
Hệ số Poisson
Mức độ biến dạng tương đối
Đường tải áp suất chất lỏng (theo thời gian) chi tiết
ống trụ bậc
Đường tải chuyển vị mặt đầu ống (theo thời gian)
chi tiết ống trụ bậc
Đường tải áp suất chất lỏng (theo thời gian) chi tiết
ống chữ T
Đường tải chuyển vị mặt đầu ống (theo thời gian)

chi tiết ống chữ T


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh các bộ phận chính của hệ thống xả xe mơ tơ Kawasaki
Zx10R được sản xuất bằng công nghệ truyền thống và công nghệ dập thủy
tĩnh phôi ống

11

Bảng 3.1. Các thông số và đặc tính kỹ thuật của vật liệu nghiên cứu
CDA110

51

Bảng 3.2. Bốn mức cấp phơi trong q trình dập thủy tĩnh phơi ống

51

Bảng 3.3. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 1 s /L0 = 0

55

Bảng 3.4. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 2 s /L0  0.01  0.1

56

Bảng 3.5. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 3 s /L0  0.1  0.2

57


Bảng 3.6. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 4 s /L0 > 0.2

59

Bảng 3.7. Kết quả mơ phỏng biến dạng tạo hình chi tiết ống trụ bậc đạt yêu
cầu

60

Bảng 3.8. Tóm tắt các thơng số đầu ra phân tích hồi quy Dp /d0 = 1.30  1.56

63

Bảng 3.9. Tóm tắt các thơng số đầu ra phân tích hồi quy mức độ biến mỏng
lớn nhất max < 30%

65

Bảng 3.10. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 1 s /L0 = 0

65

Bảng 3.11. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 2 s /L0  0.01  0.1

65

Bảng 3.12. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 3 s /L0  0.1  0.2

66


Bảng 3.13. Kết quả biến dạng tạo hình ở mức 4 s /L0 > 0.2

67

Bảng 3.14. Kết quả mô phỏng biến dạng tạo hình chi tiết ống chữ T đạt u
cầu

70

Bảng 3.15. Tóm tắt các thơng số đầu ra phân tích hồi quy Hv /d0 = 0.5  1.0

75

Bảng 3.16. Tóm tắt các thơng số đầu ra phân tích hồi quy mức độ biến
mỏng lớn nhất max < 30%

76

Bảng 4.1. Các chi tiết trong khuôn dập thủy tĩnh phôi ống

81

Bảng 4.2. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc với s = 0 mm

85

Bảng 4.3. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc ở mức 2 (s = 1.2 
12 (mm)) theo các đường tải a2, a4 và a6


88

Bảng 4.4. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc ở mức 4 (s = > 24
mm) theo đường tải a8 của chi tiết P10, P11, P12

90

Bảng 4.5. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc ở mức 4 (s = > 24
mm) theo đường tải a6 của chi tiết P13, P14
Bảng 4.6. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc ở mức 2 (s = 1.2 
12 (mm)) theo đường tải a2 và mức 4 (s = > 24 mm) theo đường tải a4
của chi tiết P15, P16, P17

91

viii

91


Bảng 4.7. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống trụ bậc ở mức 2 (s = 1.2 
12 (mm)) theo đường tải a2 của chi tiết P3, P4, P5, P51.

92

Bảng 4.8. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống chữ T với chuyển vị mặt đầu
ống ở mức 2, mức 3 và mức 4

93


Bảng 4.9. So sánh kết quả tạo hình chi tiết ống chữ T với chuyển vị mặt đầu
ống ở mức 3

96

Bảng 4.10. So sánh kết quả tạo hình thực nghiệm và mơ phỏng số chi tiết
ống trụ bậc

97

Bảng 4.11. So sánh kết quả thực nghiệm và mơ phỏng đối với đường kính
vùng giãn rộng

98

Bảng 4.12. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với mức độ biến
mỏng

98

Bảng 4.13. So sánh kết quả tạo hình thực nghiệm và mơ phỏng số chi tiết
ống trụ bậc

99

Bảng 4.14. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với chiều cao vấu

99

Bảng 4.15. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng đối với mức độ biến

mỏng

100

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ phân loại cơng nghệ dập tạo hình thủy tĩnh

5

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình dập thủy tĩnh

6

Hình 1.3. Chi tiết giá đỡ động cơ ơ tơ - chi tiết ống có biên dạng phức tạp
được ứng dụng trong công nghiệp ô tơ

7

Hình 1.4. Chi tiết mái vịm có đường kính 3 m

7

Hình 1.5. Chi tiết bể hình cầu có đường kính 8.6 m

7

Hình 1.6. Các sản phẩm của cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi ống ứng dụng

trong cơng nghiệp ơ tơ

9

Hình 1.7. Các sản phẩm của công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ứng dụng
trong công nghiệp hàng không - vũ trụ

10

Hình 1.8. Sản phẩm vi ống chữ T được dập thủy tĩnh

11

Hình 1.9. Sơ đồ cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi ống

13

Hình 1.10. Uốn phơi ống

13

Hình 1.11. Đường cong Stribeck thể hiện bốn cơ chế bơi trơn khác nhau

13

Hình 1.12. Đóng khn và cấp chất lỏng cơng tác vào lịng phơi ống

14

Hình 1.13. Tạo hình thủy tĩnh bằng nguồn chất lỏng áp suất cao


14

Hình 1.14. a) Dập thủy tĩnh tích hợp thêm các bước ngun cơng, b) Dập
thủy tĩnh tích hợp với ngun cơng nối ghép thủy tĩnh

14

Hình 1.15. Dập thủy tĩnh phôi ống với áp suất cao bên trong lịng phơi ống

15

Hình 1.16. Dập thủy tĩnh phơi ống với áp suất bên ngồi ống

15

Hình 1.17. Dập thủy tĩnh phơi ống kết hợp cả áp suất bên trong lòng ống pi
và áp suất bên ngồi ống pe

16

Hình 1.18. Trạng thái ứng suất khi dập thuỷ tĩnh phôi ống với tải trọng đơn

16

Hình 1.19. Trạng thái ứng suất khi dập thuỷ tĩnh phơi ống có ép dọc trục
phơi ống và lực đối áp

17


Hình 1.20. a) Mơ hình mạng nơ-ron nhân tạo, b) Chi tiết ống chữ T bị nứt,
nhăn

17

Hình 1.21. Các dạng hỏng trong quá trình dập các chi tiết đối xứng trục

18

Hình 1.22. Giai đoạn tạo hình tự do và tinh chỉnh trong quá trình dập thủy
tĩnh chi tiết đối xứng trục

19

Hình 1.23. Phơi ống và lịng khn dập giãn

19

Hình 1.24. Các giới hạn trong dập thủy tĩnh phơi ống

20

Hình 1.25. So sánh kết quả dập chi tiết ống trụ bậc ba bước kết hợp với hai
bước ủ trung gian
Hình 1.26. So sánh kết quả dập thủy tĩnh: a) Dập 1 bước – chi tiết ống bị
rách, b) Dập 2 bước kết hợp bước kết hợp 1 bước ủ kết tinh lại – chi tiết

21
21



ống đạt yêu cầu
Hình 1.27. Dập đẳng nhiệt sử dụng mơi trường áp suất chất lỏng tạo hình là
dầu hoặc khí

22

Hình 1.28. Các chi tiết ống xả từ vật liệu thép ferit được dập thủy tĩnh phôi
ống: a) Phôi ống gia nhiệt riêng, b) Phơi ống được dập đẳng nhiệt

22

Hình 1.29. Cấu tạo cơ bản của các thành phần của thiết bị chuyên dụng

23

Hình 1.30. Thiết bị chuyên dụng cho dập thủy tĩnh phôi ống: a) Nhà máy
dập thủy tĩnh từ S. DUNKES GmbH tại Fraunhofer IWU (Đức) [8], b)
Khuôn dập và phôi được gia nhiệt tại Đại học Bách khoa Hồng Kơng,
Trung Quốc

24

Hình 1.31. Kết cấu khn dập thủy tĩnh phơi ống

25

Hình 1.32. Khn dập đẳng nhiệt

25


Hình 1.33. Ngun lý dập thủy tĩnh phơi ống có gia nhiệt với khn dập
khơng đẳng nhiệt

26

Hình 1.34. Khn dập gia nhiệt cho từng vùng: a) Khn, b) Chi tiết dập

27

Hình 1.35. Kín khít bằng gioăng đàn hồi chữ O

28

Hình 1.36. Kín khít bằng đầu chày được gia cơng các mặt bậc

28

Hình 1.37. Kín khít bằng vịng đệm răng cưa chữ V

28

Hình 1.38. Kín khít bằng đầu chày có hình cơn

28

Hình 1.39. Kín khít cố định bằng đầu chày có hình cơn

29


Hình 1.40. Các hệ thống kín khít: a) Sơ đồ hệ thống kín khít tiên tiến, b)
Kín khít bằng đầu chày hình cơn, c) Kín khít bằng hệ thống tiên tiến

29

Hình 1.41. Sản phẩm ống xiphong và chữ T từ vật liệu thép khơng gỉ
SUS304 của đề tài cấp Quốc gia có mã số KC.05.19

30

Hình 2.1. Nguyên lý của quá trình dập thủy tĩnh phơi ống: a) Tạo hình chi
tiết dạng rỗng đối xứng trịn xoay, b) Tạo hình chi tiết ống chữ T có sử
dụng đối áp

33

Hình 2.2. a) Các hệ tọa độ cho vỏ hình trụ, b) Cân bằng lực cho phần tử vỏ
mỏng

35

Hình 2.3. Phơi ống chịu lực dọc trục và áp suất bên trong

36

Hình 2.4. a) Các thơng số hình học của chi tiết ống trụ bậc: w - chiều rộng
phình; r0 - bán kính phơi ống ban đầu; rz - bán kính cong theo phương dọc;
r - bán kính cong theo phương chu vi; h - chiều cao phình; t - độ dày ở
đỉnh phình, b) Trạng thái ứng suất tại đỉnh của vùng giãn rộng trong hệ
tọa độ

trụ
Hình 2.5. Mơ hình bài tốn dập thủy tĩnh phơi ống: a) Tạo hình chi tiết
ống trụ bậc, b) Tạo hình chi tiết ống chữ T, c) Chi tiết phôi ống, d) Chi tiết
ống trụ bậc, e) Chi tiết ống chữ T

37

Hình 2.6. Các thành phần lực ở vị trí mặt đầu ống trong q trình dập hình

40

39


thủy tĩnh
Hình 2.7. a) Hiện tượng nhăn, b) và c) Chi tiết ống trụ bậc và ống chữ T có
dạng hỏng nhăn

41

Hình 2.8. a) Hiện tượng cổ thắt, b) và c) Chi tiết ống trụ bậc và ống chữ T
có dạng hỏng rách

43

Hình 2.9. a) Uốn hình nêm ở đầu phơi ống khi kín khít bằng đầu chày có
hình cơn, b) Cấu tạo hình cơn vùng đầu chày

44


Hình 2.10. Thành ống bị biến dạng trong quá trình tạo hình: a) Ống chị
tác động của áp suất bên trong P i và lực dọc trục Fa, b) Thành ống không
bị biến dạng, c) Thành ống bị biến dạng dẻo, d) Thành ống bị cong
Hình 3.1 Các bước thiết lập bài tốn mơ phỏng

45

Hình 3.2. Mơ hình hình học của phơi, chày và khn

50

Hình 3.3. Chia lưới phần tử cho phơi và khn

50

Hình 3.4. Đường tải áp suất chất lỏng pi (t): I1 cho tạo hình

52

Hình 3.5. Đường tải chuyển vị mặt đầu ống s(t): a2, a4, a6, a8 cho tạo hình

53

Hình 3.6. Đường tải áp suất chất lỏng pi (t): IT1, IT2, IT3 cho tạo hình

54

Hình 3.7. Đường tải chuyển vị mặt đầu ống s(t): AT1, AT2, AT3, AT4 cho
tạo hình


54

Hình 3.8. Miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình

60

Hình 3.9. Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống

61

Hình 3.10. Miền giá trị lực dọc trục Fa
Hình 3.11. Biểu đồ sự phụ thuộc của Dp /d0 vào áp suất chất lỏng pi và
chuyển vị mặt đầu ống s
Hình 3.12. Biểu đồ sự phụ thuộc của max vào áp suất chất lỏng pi và chuyển
vị mặt đầu ống s
Hình 3.13. Miền giá trị áp suất chất lỏng tạo hình

62
63

49

64
71

Hình 3.14. Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống

72

Hình 3.15. Miền giá trị lực dọc trục Fa


73

Hình 3.16. Biểu đồ sự phụ thuộc của Hv /d0 vào áp suất chất lỏng pi và
chuyển vị mặt đầu ống s
Hình 3.17. Biểu đồ sự phụ thuộc của max vào áp suất chất lỏng Pi và
chuyển vị mặt đầu ống s
Hình 4.1. Hệ thống thực nghiệm q trình dập thủy tĩnh phơi ống DTT2018 – HVKTQS

74

Hình 4.2. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm

79

Hình 4.3. Máy ép thủy lực YH-32

79

Hình 4.4. Các mơ đun và thành phần của máy dập thủy tĩnh phôi ống DTT2018

79

75
79


Hình 4.5. Kết cấu khn dập thủy tĩnh phơi ống

80


Hình 4.6. Phơi ống vật liệu CDA110
Hình 4.7. Biểu đồ ứng suất – biến dạng của phôi ống đồng CDA110 đã
được ủ

81
81

Hình 4.8. Phơi ống và một số sản phẩm ống trụ bậc và ống chữ T

83

Hình 4.9. a) Mẫu sản phẩm được làm sạch và cắt, b) Đo biên dạng và kích
thước bằng kính hiển vi kỹ thuật số Model VHX-7000

84

Hình 4.10. Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục
không dịch chuyển mà chỉ đảm nhận chức năng kín khít

84

Hình 4.11. Dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục khơng
dịch chuyển mà chỉ đảm nhận chức năng kín khít

84

Hình 4.12. Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống trụ bậc với 2 chày dọc trục đảm
nhận chức năng kín khít và chuyển vị mặt đầu ống


87

Hình 4.13. Các chi tiết ống trụ bậc được tạo hình đạt yêu cầu

87

Hình 4.14. Các chi tiết ống trụ bậc bị hỏng trong quá trình dập

90

Hình 4.15. Sơ đồ dập thủy tĩnh chi tiết ống chữ T với 2 chày dọc trục đảm
nhận chức năng kín khít và chuyển vị mặt đầu ống

92

Hình 4.16. Các chi tiết ống chữ T được tạo hình đạt yêu cầu

93

Hình 4.17. Các chi tiết ống chữ T tạo hình bị rách ở đỉnh vấu

96


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề
tài

Cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi ống (trong đó
có kết hợp tác dụng của áp suất môi trường chất

lỏng với lực ép của các dụng cụ gia công để
biến dạng vật liệu) đã được nghiên cứu và ứng
dụng chủ yếu ở những nước có nền công nghiệp
phát triển để sản xuất các chi tiết cơ khí. Với
các đặc tính cơng nghệ nổi bật mà các phương
pháp gia cơng khác khó đạt được như nâng cao
khả năng biến dạng của vật liệu, độ chính xác
cũng như chất lượng của bề mặt, chiều dày của
chi tiết được đảm bảo, cơ – lý tính của vật liệu
tốt, trọng lượng nhẹ, cứng vững, tuổi bền cao.
Theo tiến trình lịch sử phát triển của công nghệ
này, từ đầu những năm 1900, các nhà nghiên
cứu, các công ty đã nghiên cứu, phát triển và áp
dụng mạnh mẽ trong các ngành công nghiệp
như: ô tô, xe đạp – xe máy, hàng khơng – vũ
trụ, đóng tàu, dầu khí, năng lượng, quốc phịng
v.v. Ngày nay, cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi
ống có sự hỗ trợ của các công nghệ mới, hiện
đại bao gồm mô phỏng số, hệ thống cảm biến và
giám sát, điều khiển thích ứng đã và đang định
hình sự phát triển mạnh mẽ trong ngành cơng
tạo hình các chi tiết khung rỗng, vỏ mỏng với
những ưu điểm nổi bật, trong đó chú trọng tới
việc tiết kiệm vật liệu, tiết kiệm năng lượng, an
tồn về mơi trường, nâng cao được cơ – lý tính
của vật liệu, chất lượng sản phẩm tạo hình và
tăng tuổi thọ chi tiết trong nhiều lĩnh vực hơn.
Các dạng chi tiết ống được tạo hình bằng
cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi ống rất đa dạng về
mặt hình học, kích thước và vật liệu. Trong đó

có các sản phẩm có kích thước micro rất có tiềm
năng kinh tế cho các ngành sản xuất vi mô như
các chi tiết ống kim loại cho công nghệ y tế, các
phần tử của pin nhiên liệu, thiết bị vi lỏng, bộ
trao đổi nhiệt vi mô, hệ thống vi cơ điện tử hoặc
trục vi rỗng. Các chi tiết có kích thước lớn hơn
như linh kiện ô tô (các bộ phận như hệ thống xả,
các bộ phận kết cấu và bộ phận treo v.v.), các
bộ phận hàng không vũ trụ (các bộ phận như
đường dẫn nhiên liệu, đường thủy lực và các
thành phần kết cấu v.v.), cũng như được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Hiện nay, hầu hết các chi tiết ống được tạo
hình bằng các phương pháp truyền thống từ
1


phôi tấm hoặc ống
và trải qua các
nguyên công cơ
bản như chuẩn bị
phơi, tạo hình sơ bộ
(cán kéo, ép, uốn,
lốc, miết), hàn, đột
lỗ, nối ghép, các
ngun cơng hồn
thiện. Qua đó có
thể thấy được đối
với các chi tiết ống
được tạo hình bằng

các phương pháp
truyền thống gây
lãng phí vật liệu,
làm tăng thêm số
nguyên cơng trong
quy trình cơng
nghệ, tốn thời gian,
tăng chi phí tạo
hình, chất lượng chi
tiết khó đồng bộ,
khó ổn định, khó
kiểm sốt và khó tự
động hóa. Trong
những năm gần
đây, với sự hỗ trợ
của các lĩnh vực
công nghệ hiện đại,
tiên tiến, nhiều nhà
nghiên cứu, nhà kỹ
thuật trên thế giới
đã đưa ra nhiều ý
tưởng và nghiên
cứu nhằm tối ưu
các thơng số cơng
nghệ q trình dập
thủy tĩnh phôi ống
nhằm tiết kiệm vật
liệu, bảo vệ môi
trường, tăng hiệu
quả sản xuất cũng

như hiệu suất làm
việc của chi tiết,
đồng thời thay thế
cho số lượng lớn

ngun cơng tạo hình và khn trong dập tạo
hình truyền thống.
Ở Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu về
cơng nghệ dập thủy tĩnh phơi ống như đề tài cấp
Nhà nước có mã số KC.05.19 (2002-2004) và
hai đề tài ở mức độ luận văn thạc sỹ tại Đại học
Bách khoa Hà Nội. Việc nghiên cứu công nghệ
dập thủy tĩnh

2


để tạo hình chi tiết từ phơi ống có tính cấp thiết, tính thời sự và có ý nghĩa vừa đóng
góp về mặt học thuật, vừa có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất như tiết kiệm vật liệu,
năng lượng, rút ngắn thời gian tạo hình chi tiết ống ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp khác nhau. Do vậy, luận án tập trung nghiên cứu theo hướng “Nghiên
cứu công nghệ dập thủy tĩnh để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chữ T từ phôi
ống”.
Trong luận án này, mơ hình bài tốn dập thủy tĩnh phơi ống để tạo hình chi tiết
dạng rỗng có hình dạng cơ bản và hình dạng phức tạp được xây dựng để mô phỏng
số và thực nghiệm nhằm so sánh và biện luận trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số áp suất chất lỏng pi, chuyển vị mặt
đầu ống s, lực dọc trục Fa trong quá trình dập thủy tĩnh phơi ống để tạo hình chi tiết

rỗng dạng trụ bậc và ống chữ T. Từ đó xác định được các thông số công nghệ phù
hợp cho q trình tạo hình để đạt được hình dáng, kích thước sản phẩm theo thiết
kế; đối với chi tiết ống trụ bậc: tỷ số đường kính phình giãn rộng trên đường kính
phơi Dp /d0  1.3, mức độ biến mỏng max  30%; đối với chi tiết ống chữ T: tỷ số
chiều cao vấu trên đường kính phơi Hv /d0  0.5, mức độ biến mỏng max  30%.

3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh phơi ống để tạo hình chi tiết dạng rỗng từ vật
liệu CDA110, áp dụng trên đối tượng cụ thể bao gồm:
+ Chi tiết ống trụ bậc,
+ Chi tiết ống chữ T (có đường kính vấu Dv = d0 = 22.2 mm).

4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phôi ống CDA110, đường kính d0 = 22.2 mm, bề dày t0 = 1.2 mm, chiều dài L0
= 120 mm.
-

- Miền giá trị của áp suất chất lỏng pi = 20 ÷ 100 (MPa);
- Miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống ở các mức:
+ Mức 1: s /L0 = 0 (có nghĩa là mặt đầu ống khơng di chuyển để dập thủy tĩnh),
+ Mức 2: s /L0  0.01  0.1 (s = 1.2  12 (mm)),
+ Mức 3: s /L0  0.1  0.2 (s = 12  24 (mm)),
+ Mức 4: s /L0 > 0.2 (s > 24 mm).
- Chi tiết ống trụ bậc có Dp /d0 = 1.30  1.56, mức độ biến mỏng max < 30 %.
- Chi tiết ống chữ T có Hv /d0 = 0.5  1.0, mức độ biến mỏng max < 30 %.

5. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm:



- Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu cơ sở công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống dựa
trên tổng hợp và phân tích từ các tài liệu, cơng trình đã cơng bố trong và ngồi
nước, và xây dựng mơ hình khảo sát bài tốn dập thủy tĩnh phơi ống để tạo hình chi
tiết dạng rỗng.
- Nghiên cứu mơ phỏng số: áp dụng phương pháp mô phỏng số trên phần mềm
Abaqus/CAE để đánh giá ảnh hưởng các thông số công nghệ đầu vào, xác định
miền giá trị áp suất chất lỏng, xác định miền giá trị chuyển vị mặt đầu ống, xác định
miền giá trị lực dọc trục (thông qua đại lượng áp suất chất lỏng và chuyển vị mặt
đầu ống), xác định các giới hạn tạo hình, miền tạo hình hiệu quả nhằm đảm bảo
không xuất hiện các dạng sai hỏng. Đồng thời, xây dựng được các mối quan hệ toán
học, phụ thuộc của các thông số đầu ra với các thông số đầu vào đối với chi tiết
được dập tạo hình cụ thể, trên cơ sở đó tiến hành thực nghiệm kiểm chứng và so
sánh.
- Nghiên cứu thực nghiệm: sử dụng hệ thống thực nghiệm q trình dập thủy tĩnh
phơi ống: máy ép thủy lực, máy dập thủy tĩnh phôi ống, thiết bị điều khiển, thiết bị
tăng áp, thiết bị đo lường trong điều kiện thực tế tại Việt Nam để nghiên cứu và xử
lý số liệu đảm bảo chính xác và tin cậy, áp dụng được trong nghiên cứu và sản xuất.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Đưa ra phương pháp luận khoa học nghiên cứu quá trình dập thủy tĩnh phơi ống
để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110 với
miền giá trị lựa chọn của áp suất chất lỏng, chuyển vị mặt đầu ống và miền giá trị
lực dọc trục như một hàm số của hai tham số đó để xác định các giới hạn biến dạng
tạo hình hợp lý;
- Bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng q trình dập thủy
tĩnh phơi ống để tạo hình chi tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T để đưa ra
được một mơ hình tốn học mơ tả sự phụ thuộc của các hàm số mục tiêu đầu ra gồm
tỷ số đường kính vùng giãn nở rộng trên đường kính phơi (Dp /d0); tỷ số chiều cao
vấu trên đường kính phơi (Hv /d0) và mức độ biến mỏng thành ống lớn nhất (max)

vào hai thông số đầu vào khảo sát là áp suất chất lỏng (pi) và chuyển vị mặt đầu ống
(s) có độ tin cậy cao.

6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho đào tạo chuyên đề,
góp phần phát triển cơ sở lý thuyết và thực tiễn trong lĩnh vực chuyên ngành dập
thủy tĩnh thuộc nhóm ngành “Cơng nghệ gia cơng kim loại băng áp lực” trong chế
tạo Cơ khí.

7. Các đóng góp mới của luận án
Đề xuất mơ hình nghiên cứu q trình dập thủy tĩnh phơi ống để tạo hình chi
tiết rỗng dạng trụ bậc và chi tiết ống chữ T từ vật liệu CDA110 với các giới hạn
khảo sát Dp /d0 = 1.3  1.56; Hv /d0 = 0.5  1.0 với điều kiện mức độ biến mỏng
thành ống max
-


< 30 %;