NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÊN GÓC BIẾN DẠNG VÀ HIỆU ỨNG SPRINGBACK TRONG SPIF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÊN GÓC BIẾN DẠNG VÀ HIỆU ỨNG SPRINGBACK TRONG SPIF

LỜI CÁM ƠN

 Xin gửi lời chân thành biết ơn sâu sắc đến:

Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Thanh Nam đã trực tiếp tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi trong việc nghiên cứu khoa học và thực hiện luận văn này.

Các thầy cô thuộc khoa Cơ khí đã tận tình dạy bảo, giúp đỡ tôi trong suốt những năm học tập tại trường Đại học Bách khoa TP.HCM. Chính sự tận tụy của các thầy đã tạo niềm tin và nền tảng tri thức để tôi có thể vững vàng bước vào đời.

Tập thể lớp CK05KSTN, những người bạn đồng hành cùng tôi trong suốt những năm đại học. Cảm ơn sự động viên, chia sẻ à sự góp ý chân tình của các bạn.

Cùng gia đình, bạn bè và nhất là Cha Mẹ đã luôn ủng hộ, động viên tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt chương trình đại học.

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Công nghệ gia công kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng đơn điểm (viết tắt theo tiếng Anh là SPIF) là một công nghệ mới, có nhiều ưu thế, đang được nghiên cứu mạnh mẽ trên thế giới. Đây là một phương pháp hiện đại, có ưu điểm là thời gian sản xuất ngắn do không phải chế tạo bộ khuôn (thời gian hoàn thành sản phẩm chỉ tốn độ vài giờ so với vài ngày như các phương pháp tạo mẫu truyền thống trước đây), đi thẳng từ bản vẽ CAD đến quá trình gia công bằng máy CNC (hoặc robôt công nghiệp), và rất linh hoạt trong việc thay đổi mẫu mã. Do đó, phương pháp này có tầm quan trọng rất lớn trong giai đoạn thiết kế thử nghiệm các sản phẩm mới với chi phí thấp và thời gian chuẩn bị ít. Nó cũng phù hợp cho những sản phẩm đơn chiếc. Tóm lại, đây là phương pháp có tính mới và tiềm năng ứng dụng cao.

Với đề tài luận văn là “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên góc biến dạng và hiệu ứng springback trong SPIF”, mục đích là xác địnhđồ thị liên quan giữa góc biến dạng lớn nhất vàhiệu ứng đàn hồi ngược spring-back đối với các thông số công nghệ trong phương pháp tạo hình kim loại tấm gia tăng đơn điểm (SPIF) trên vật liệu nhôm A1050-H14. Một phần quan trọng của luận văn là các đồ thị có thể áp dụng để tham khảo trong quá trình thiết kế sản phẩm dùng công nghệ SPIF. Vì đây là nghiên cứu thực nghiệm mang tính phát triển các nghiên cứu lý thuyết trên SPIF nên các kết quả thí nghiệm trong luận văn có tham khảo các kết quả nghiên cứu khác trên thế giới.

Em hi vọng rằng các kết quả của luận văn sẽ đóng góp một phần nhỏ trong sự phát triển của công nghệ SPIF trên phương diện góc biến dạng và hiệu ứng spring-back, từ đó có thể  áp dụng gia công sản phẩm thực tế. Cuối cùng em mong nhận được ý kiến đóng góp quí báu từ thầy cô và các bạn.

MỤC LỤC

Đề mục                                                                                                                                 Trang

Trang bìa----------------------------------------------------------------------------------------- i

Tờ nhiệm vụ luận văn

Lời cảm ơn-------------------------------------------------------------------------------------- ii

Tóm tắt nội dung luận văn --------------------------------------------------------------------- iii

Mục lục----------------------------------------------------------------------------------------- iv

Danh sách hình vẽ----------------------------------------------------------------------------- vii

Danh sách bảng biểu--------------------------------------------------------------------------- xii

Bảng thuyết minh các ký hiệu---------------------------------------------------------------- xiii

Danh sách các từ viết tắt---------------------------------------------------------------------- xiv

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI.      1

1.1. Giới thiệu về công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng-------------------- 1

1.1.1. Lịch sử phát triển--------------------------------------------------------------------------- 1

1.1.2. Nguyên lý tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng--------------------------------- 3

1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ---------------------------------------------------------- 7

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước------------------------------------------------------------ 7

1.4. Tính cấp thiết của đề tài---------------------------------------------------------------------- 8

1.4.1. Tính cấp thiết ------------------------------------------------------------------------------ 8

1.4.2. Tính mới của đề tài ------------------------------------------------------------------------ 8

1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ luận văn--------------------------------------------------------------- 9

1.5.1. Mục tiêu luận văn-------------------------------------------------------------------------- 9

1.5.2. Nhiệm vụ luận văn------------------------------------------------------------------------- 9

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu------------------------------------------------------------------- 9

1.6 Phạm vi giới hạn của luận văn---------------------------------------------------------------- 9

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ SPIF  VỀ KHẢ NĂNG BIẾN DẠNG VÀ HIỆU ỨNG SPRINGBACK --------------------------------------------------------------------------------------- 11

2.1. Cơ sở lý thuyết về khả năng biến dạng----------------------------------------------------- 11

2.1.1 Các thông số dự đoán ảnh hưởng lên khả năng biến dạng-------------------------------- 11

2.1.2 Các thông số gia công ảnh hưởng lên chất lượng bề mặt--------------------------------- 14

2.2. Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng springback trong công nghệ SPIF---------------------------- 17

2.2.1 Lý thuyết về các khả năng biến dạng đàn hồi không mong muốn trong công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF--------------------------------------------------------------------------------------------- 17

2.2.2 Các nhận xét về công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF về phương diện độ chính xác18

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM       20

3.1. Xây dựng thí nghiệm----------------------------------------------------------------------- 20

3.2. Dụng cụ vật liệu và thiết bị thí nghiệm ---------------------------------------------------- 20

3.3. Mô hình thí nghiệm.------------------------------------------------------------------------ 26

3.3.1 Mô hình CAD----------------------------------------------------------------------------- 26

3.3.2 Mô hình CAM----------------------------------------------------------------------------- 29

3.4. Xây dựng thí nghiệm.----------------------------------------------------------------------- 30

3.4.1 Đối với loạt thí nghiệm ảnh hưởng của 4 thông số gia công lên góc biến dạng lớn nhất- 30

3.4.2 Đối với loạt thí nghiệm ảnh hưởng của bước tiến dụng cụ z lên khả năng biến dạng và hiệu ứng springback--------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

3.5. Phương pháp tiến hành--------------------------------------------------------------------- 33

3.6. Đo lường------------------------------------------------------------------------------------ 33

CHƯƠNG 4. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.--------------------------------------------------- 34

4.1 Kết quả khảo sát về khả năng biến dạng---------------------------------------------------- 34

4.1.1 Kết quả thí nghiệm mô hình hình chóp cụt------------------------------------------------ 34

4.1.2 Kết quả tính toán hồi quy - quan hệ giữa chế độ gia công và khả năng biến dạng-------- 40

4.2. Kết quả khảo sát góc biến dạng lớn nhất theo bước xuống dụng cụ z--------------------- 48

4.2.1 Kết quả thí nghiệm------------------------------------------------------------------------ 48

4.2.2 Kết quả tính toán – đồ thị quan hệ giữa chế độ gia công và góc biến dạng lớn nhất.----- 52

4.3 Kết quả khảo sát hiệu ứng springback.------------------------------------------------------ 58

4.3.1  Kết quả thí nghiệm springback.----------------------------------------------------------- 58

4.3.2 Kết quả tính toán – đồ thị quan hệ.-------------------------------------------------------- 61

4.4 Tóm tắt chương 4---------------------------------------------------------------------------- 65

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.-------------------------------------------------------------- 66

5.1 Kết quả đối với góc biến dạng lớn nhất trên mô hình kim tự tháp cụt---------------------- 66

5.1.1 Phương trình hồi quy---------------------------------------------------------------------- 66

5.1.2 Các đồ thị và kết luận rút ra từ phương trình hồi quy------------------------------------- 67

5.2 Kết quả rút ra từ thí nghiệm liên quan giữa bước xuống dụng cụ đối với góc biến dạng lớn nhất và độ nhám bề mặt----------------------------------------------------------------------------------------------- 74

5.3 Kết quả nghiên cứu hiệu ứng spingback trong SPIF---------------------------------------- 74

5.3.1. Kết quả springback theo phương đường kính-------------------------------------------- 74

5.3.2 Kết quả springback theo phương của độ sâu H------------------------------------------- 75

5.4 Ứng dụng đồ thị khả năng tạo hình vào gia công thử nghiệm mẫu hoa năm cánh---------- 76

5.4.1 Mô hình CAD----------------------------------------------------------------------------- 77

5.4.2 Thiết bị dụng cụ và yêu cầu trên sản phẩm------------------------------------------------ 79

5.4.3 Tra đồ thị khả năng biến dạng------------------------------------------------------------- 80

5.5 Tóm tắt chương 5---------------------------------------------------------------------------- 81

KẾT LUẬN----------------------------------------------------------------------------------------------------- 82

Kết quả đạt được và hạn chế của luận văn------------------------------------------------------ 82

Hướng phát triển đề tài-------------------------------------------------------------------------- 82

PHỤ LỤC 1. ĐỒ THỊ LIÊN HỆ CÁC CHẾ ĐỘ GIA CÔNG VÀ KHẢ NĂNG BIẾN DẠNG Ở CÁC MỨC CỐ ĐỊNH KHÁC NHAU----------------------------------------------------------------------------------- 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO---------------------------------------------------------------------------------- 89

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

BẢNG THUYẾT MINH CÁC KÝ HIỆU

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Từ viết tắt      Từ nguyên bản tiếng Anh                      Ý nghĩa

CAD               Computer Aided Design                           Thiết kế có sự trợ giúp máy tính

CAM               Computer Automated Manufacturing      Sản xuất tự động nhờ máy tính

CNC                Computer Numerical Control                   Máy tính điều khiển số

FLC                 Forming Limit Curve                                Đường cong giới hạn tạo hình

FLD                Forming Limit Diagram                            Biểu đồ giới hạn tạo hình

IF                    Incremental Forming                                 Tạo hình gia tăng

ISF                  Incremental Sheet Forming                       Tạo hình tấm gia tăng

MPF                Multi-Point Forming                                 Tạo hình đa điểm

SPF                 Single Point Forming                                Tạo hình đơn điểm

SPIF                Single Point Incremental Forming            Tạo hình gia tăng đơn điểm

TPIF                Two Point Incremental Forming               Tạo hình gia tăng hai điểm

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XUNG QUANH ĐỀ TÀI

1.1. Giới thiệu về công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng (ISF)

1.1.1. Lịch sử phát triển

Mặc dù ý tưởng ban đầu về tạo hình tấm bằng biến dạng gia tăng (ISF) đã được hình thành cách đây gần 40 năm, được đăng ký phát minh bởi Leszak (1967) nhưng không thể đưa vào ứng dụng cho đến những năm gần đây, một trong những nguyên nhân là sự phát triển của máy CNC. Công nghệ này bắt đầu xuất hiện nhiều trong những tài liệu khoa học vào đầu những năm 90 [2] [3] [4] [5]. Quá trình này được phát triển nhằm đáp ứng sự thiếu hụt khả năng tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực biến dạng kim loại tấm.

Một vài quá trình biến dạng kim loại tấm cổ điển là dập, vuốt và ép. Những quá trình này thường được sử dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp. Phôi được kẹp chặt tại các cạnh của nó, khi đó, phần chính giữa sẽ chịu lực tác dụng của chày xuống khuôn để kéo giãn vật liệu đạt được hình dạng mong muốn (một dạng khác, được gọi là vuốt sâu vì độ sâu của chi tiết bị biến dạng, hình 1.1). Cốc là chi tiết điển hình bị biến dạng nhờ quá trình này, hình 1.2.

Hình 1.1. Vuốt sâu cốc

Trong sản xuất hàng loạt lớn, những phương pháp này mang lại hiệu quả cao vì thời gian tạo ra sản phẩm rất ngắn và chi phí cho chày với khuôn lớn có thể được thu hồi bởi số lượng lớn sản phẩm. Tuy nhiên, đối với tạo mẫu và sản xuất loạt nhỏ thì thời gian gia công cũng như giá của khuôn với chày là quá cao.

Hình 1.2. Cốc được sản xuất bằng phương pháp vuốt sâu

Ngoài các phương pháp trên còn có công nghệ Miết (spinning). Miết được xem là tiền thân của biến dạng kim loại tấm không đối xứng. Miết có thể phân loại thành 3 loại cơ bản sau: miết thường (conventional spinning), miết dẻo (shear spinning) và miết ống (flow forming). Trong đó miết dẻo được xem là cơ sở của tạo hình gia tăng không đối xứng nói chung và tạo hình gia tăng đơn điểm nói riêng vì có cơ chế biến dạng tương tự nhau, tuy nhiên có khả năng làm tăng biến dạng của vật liệu hơn nhiều so với miết.

Quá trình miết dẻo [6] thường được xem là cơ sở của phương pháp biến dạng gia tăng [7] [8]. Cả hai quá trình này đều “yêu cầu chi tiết có hình dạng đối xứng quanh trục với dụng cụ hay con lăn. Quá trình này tương tự như tạo hình đất sét trên bàn xoay gốm” [9].

Quá trình miết truyền thống được minh họa trên hình 1.2, cùng với một số dạng sản phẩm có thể được làm bằng phương pháp này, theo đó, “phôi tấm phẳng hay đã bị biến dạng hình tròn sẽ được giữ đối diện với trục miết và quay trong khi dụng cụ miết cứng làm biến dạng và tạo hình cho vật liệu quay quanh vật đối xứng (mandrel). Dụng cụ miết có thể được điều khiển bằng tay hay cơ cấu thủy lực được điều khiển bằng máy tính. Quá trình này trải qua một loạt các bước (pass) và yêu cầu người đứng máy có tay nghề cao. Miết truyền thống đặc biệt thích hợp với chi tiết có dạng hình côn và dạng đường cong, những hình khác có thể khó gia công hoặc không có tính kinh tế. Đường kính sản phẩm có thể lên đến 6m. Mặc dù hầu hết quá trình miết diễn ra ở nhiệt độ thường nhưng đối với chi tiết dày hay kim loại có độ dẻo thấp hoặc ứng suất cao yêu cầu phải miết ở nhiệt độ cao. Chiều dày thành của chi tiết biến dạng theo lý thuyết thì bằng với phôi ban đầu.

Phù hợp hơn với phôi dày, quá trình miết dẻo đạt được những kết quả khác so với phương pháp miết truyền thống, minh họa như hình 1.3. Quá trình này tạo ra những sản phẩm có dạng đường conic hay đường cong mà vẫn giữ được đường kính lớn nhất của chi tiết và giảm chiều dày của sản phẩm. Có  thể sử dụng một con lăn nhưng thường dùng 2 con lăn để cân bằng lực tác dụng lên vật đối xứng (mandrel). Chi tiết điển hình là chi tiết dạng mũi của tên lửa. Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể lên đến 3m. Quá trình này bỏ đi ít vật liệu và có thể hoàn thành trong thời gian ngắn. Khả năng miết của kim loại được xác định bằng chiều dày nhỏ nhất có thể giảm đến khi miết không bị rách.

Hạn chế lớn của phương pháp miết là chỉ có thể gia công các chi tiết có hình dạng đối xứng. Đồng thời phương pháp này cũng không có tính linh hoạt cao vì với mỗi sản phẫm ứng với một chày khác nhau. Tương tự như dập cũng phải tốn chi phí cho chày và khuôn. Miết được xem là cơ sở của công nghệ tạo hình gia tăng không đối xứng.

(a)

(b)

Hình 1.3. (a) Miết trượt và (b) Miết lăn

1.1.2. Nguyên lý tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng (ISF)

Không giống những quá trình biến dạng kim loại tấm khác, quá trình tạo hình tấm bằng biến dạng gia tăng không yêu cầu bất kỳ chày hay khuôn chuyên dụng nào để tạo ra những hình dạng phực tạp, bởi vậy nó giống như tạo mẫu nhanh [10][11][12][13][14]. Quá trình sử dụng một dụng cụ đầu trơn, tiêu chuẩn, đường kính có thể nhỏ hơn rất nhiều so với chi tiết được gia công, được gá trên máy phay CNC ba trục, mô tả như hình 1.4. Suốt quá trình biến dạng, dụng cụ di chuyển theo một chuỗi các đường cong kín theo hình dạng cuối cùng của chi tiết và biến dạng mở rộng dần cho đến hình dạng mong muốn [15]. Một ví dụ về đường chạy dao được chỉ ra như hình 1.5.

Hình 1.4: Mô hình đơn giản máy phay đứng

Sự biến dạng chỉ hạn chế trong vùng xung quanh dụng cụ [16][17]. Những vùng không tiếp xúc với dụng cụ sẽ không bị biến dạng dù chúng có thể bị dịch chuyển và quay.

Ưu điểm khác của quá trình này là mức độ biến dạng của vật liệu có thể đạt cao hơn so với phương pháp miết truyền thống. Thực vậy, nhiều nghiên cứu cho thấy, biểu đồ giới hạn biến dạng cổ điển (FLD) không đưa ra được dự đoán thích hợp với các chi tiết bị biến dạng bằng quá trình tạo hình tấm gia tăng đơn điểm (SPIF- Single Point Incremental Forming) [18][19][20]. Vì vậy, những biểu đồ FLD mới cần được nghiên cứu [21].

Hình 1.5. Đường chạy dao cho dạng hình côn

Quá trình được trình bày như hình 1.6. được gọi là biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF (Single Point Incremental Forming) vì theo lý thuyết chỉ có 1 điểm trên dụng cụ tiếp xúc với tấm kim loại. Cũng có 1 dạng khác là biến dạng gia tăng hai điểm TPIF ( Two Point Incremental Forming), quá trình này yêu cầu có dưỡng, hình 1.7. Đề tài chỉ tập trung vào phương pháp SPIF.

Hình 1.6. Quá trình tạo hình gia tăng đơn điểm (SPIF)

Hình 1.7. Tạo hình gia tăng với dưỡng lồi một phần (tạo hình gia tăng hai điểm –TPIF)

Mô tả quá trình

Tạo hình tấm gia tăng (ISF) là một kỹ thuật mới trong tạo hình kim loại tấm. Chi tiết có hình dạng phức tạp có thể được tạo hình bằng cách sử dụng máy tính điều khiển số thiết bị (CNC). Quá trình sử dụng dữ liệu CAD chính xác để miêu tả chi tiết gia công. Không yêu cầu có nguyên công gia công bằng tay đáng kể, và vì thế khả năng lặp lại của quá trình rất tốt. Hạn chế của quá trình là thời gian tạo hình tương đối dài. Vì lý do này, ISF có thể thực hiện được trong tạo mẫu và sản xuất loạt nhỏ. Kỹ thuật tạo hình gia tăng được phát triển trong khoảng một thập niên gần đây (xem [7], [22]).

Quá trình tạo hình tấm gia tăng được dựa trên nguyên tắc gia công theo lớp, ở đây mô hình được chia nhỏ thành từng lát cắt ngang. Đường chạy dao được điều khiển số được soạn sử dụng đường viền của những lát cắt này. Trong quá trình, dụng cụ tạo hình dạng bán cầu đơn di chuyển dọc theo đường chạy dao được điều khiển NC như sau (xem hình 1.8): dụng cụ di chuyển xuống, tiếp xúc tấm, vẽ một đường viền trên mặt phẳng ngang, sau đó thực hiện một bước xuống, vẽ đường viền kế tiếp và cứ như thế tiếp tục cho đến khi nguyên công hoàn tất. Quá trình có thể được thực hiện trên máy phay vạn năng CNC 3, 5 trục hoặc robot công nghiệp. Để soạn mã NC, phần mềm CAM đa năng được dùng.

Hình 1.8. Biểu đồ sơ lược của quá trình tạo hình kim loại tấm gia tăng

Các cạnh còn dư của tấm thường được cố định trong mặt phẳng nằm ngang bằng dụng cụ giữ tấm đặc biệt trong suốt quá trình.

Có hai phương pháp cơ bản tạo hình gia tăng: tạo hình không có dưỡng  (Hình 1.9a) và tạo hình với dưỡng (Hình 1.9b), cũng được gọi tương ứng là tạo hình lõm và tạo hình lồi. Thông thường, tạo hình lồi cho phép đạt kết quả tốt hơn nhưng nó phức tạp hơn.

(a)                                                                      (b)

Hình 1.9. Hai loại cơ bản của quá trình tạo hình gia tăng

Xu hướng mới trong ISF là sử dụng robot công nghiệp di chuyển dụng cụ tạo hình [19] hoặc dùng hai robot – một cho di chuyển dụng cụ, một cho di chuyển dưỡng [23][24].

Một thuận lợi khi sử dụng quá trình ISF, chi tiết kim loại tấm với hình học phức tạp có thể được gia công với dụng cụ đơn giản và tương đối rẻ. Vì không cần dụng cụ đắt và có tính chuyên dụng cao, tạo hình gia tăng đặc biệt phù hợp cho sản xuất mẫu và cho sản xuất loạt nhỏ.

Nhiều tác giả dùng thuật ngữ “tạo hình đơn điểm” thay cho ISF lõm, và “tạo hình hai điểm” thay cho ISF lồi [18]. Ý tưởng có nghĩa là, trong trường hợp đầu tiên chỉ có dụng cụ là tiếp xúc với tấm. Trường hợp thứ hai, dưỡng cũng được tiếp xúc với tấm.

Nhà sản xuất máy gia công ISF thương mại duy nhất là AMINO Inc. Công ty sản xuất máy chuyên dụng cho tạo hình lồi, nghĩa là tấm kẹp có thể di chuyển theo phương thẳng đứng. Máy có cấu trúc vững chắc; tốc độ cao (lên đến 30m/phút). Máy công cụ lớn nhất có thể gia công tấm với kích thước lên đến 2100x1450 mm.

1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, công nghệ tạo hình tấm bằng phương pháp biến dạng gia tăng chỉ mới phát triển trong hơn 1 thập niên gần đây và hiện tại đang được đầu tư nghiên cứu phát triển mạnh mẽ. Đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học và luận văn của các tác giả về lĩnh vực này. Điển hình là tác giả J.Jeswiet. Trong công trình nghiên cứu của các tác giả này đã đề cập đến góc biến dạng lớn nhất, độ nhám bề mặt của sản phẩm, sai lệch hình dạng của sản phẩm. Tác giả J.Jeswiet, D. Young, D. Ham của đại học Queen’s, Canada đã xây dựng biểu đồ giới hạn công nghệ tạo hình (FLD) bằng biến dạng gia tăng không truyền thống [27] . Bên cạnh đó J.Jeswiet cũng nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số như bề dày tấm, đường kính chạy dao và lượng chạy dao đến góc tạo hình của vật liệu nhôm AA3003 [28] . Ngoài ra, một số công trình khác cũng đề cập đến khả năng ứng dụng của công nghệ gia công kim loại tấm bằng biến dạng gia tăng bằng cả hai phương pháp tiếp xúc đơn điểm và hai điểm. Vật liệu tấm để gia công  bên cạnh những kim loại dễ biến dạng dẻo thông thường như nhôm, titan,…người ta đã sử dụng đến thép chống gỉ. Hiện tại, đã có nghiên cứu về công nghệ này trên vật liệu tấm là polymer. Đã có một số sản phẩm công nghiệp được làm ra bằng phương pháp này được triển lãm tuy chưa đưa vào ứng dụng thực tế.

Hình 1.10. Một linh kiện môtô và dưỡng để gia công [1]

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu này vẫn chưa được hoàn thiện vì chỉ tập trung vào một vài thông số của quá trình, và bản thân công nghệ này vẫn còn rất nhiều vấn đề cần làm sáng tỏ, nhất là phải xây dựng được mô hình dự đoán góc biến dạng lớn nhất của những loại vật liệu khác nhau.

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

Các công nghệ gia công áp lực truyền thống đã xuất hiện ở nước ta từ lâu dưới các hình thức như dập, gò thủ công để phục vụ cho một số yêu cầu:

- Trong kỹ thuật: sửa chữa (ôtô…) hay sản xuất các chi tiết tiêu chuẩn phổ biến như đệm bulông, ống thông khí, điều hòa, ống khói…      

- Trong đời sống: dụng cụ văn phòng, gia dụng như compa, dao, xoong nồi ấm nước, thìa…

- Đã có một đề tài một đề tài nghiên cứu miết truyền thống hình chỏm cầu 3D

- Đối với nghiên cứu SPIF vì còn rất mới, nên chưa được nghiên cứu rộng rãi tại nước ta. Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia - DCSE LAB tại trường ĐH Bách Khoa TP.HCM đã tiến hành các nghiên cứu ban đầu về công nghệ SPIF.

1.4. Tính cấp thiết của đề tài

1.4.1. Tính cấp thiết

a) Công nghệ có nhiều ưu thế:  

-  Không dùng khuôn: Đi thẳng từ mô hình CAD đến SPIF không tốn thời gian và tiền bạc để chế tạo khuôn

-  Vùng biến dạng dẻo nhỏ và sự gia tăng của qúa trình góp phần làm tăng khả năng biến dạng, giúp tấm kim loại dễ tạo hình hơn.

-  Quá trình gia công không gây tiếng ồn

-  Có thể gia công các sản phẩm không đối xứng

-  Phù hợp với công đọan tạo mẫu của quá trình thiết kế & phát triển sản phẩm và với trường hợp sản xuất đơn chiếc.

-  Không đòi hỏi dụng cụ (chỉ cần đầu miết), thiết bị gia công phức tạp và đắt tiền. máy phay hay tiện CNC truyền thống có thể thực hiện được quá trình này

b) Có hiệu quả kinh tế cao:

-  Rút ngắn thời gian hình thành chi tiết mẫu ban đầu từ bản vẽ

-  Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: tạo mẫu (trong giai đoạn thiết kế công nghiệp phục vụ cho chế tạo thử), y tế,...

c) Nhiều cơ hội phát triển:

-  Trên thế giới: đang phát triển

-  Ở trong nước: chưa phát triển

1.4.2. Tính mới của đề tài

Đây là một phương pháp hiện đại, có ưu điểm là thời gian sản xuất ngắn do không phải chế tạo bộ khuôn phù hợp với sản lượng nhỏ, không đòi hỏi chi phí nhiều cho thiết bị sử dụng. Do đó, phương pháp này có tầm quan trọng rất lớn trong giai đoạn thiết kế thử nghiệm các sản phẩm mới với chi phí thấp và thời gian chuẩn bị ít. Nó cũng phù hợp cho những sản phẩm đơn chiếc.

1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ luận văn

1.5.1. Mục tiêu luận văn

Mục tiêu của luận văn tập trung vào nghiên cứu khả năng tạo hình và hiệu ứng springback  mà đặc trưng là góc biến dạng lớn nhất α_max và các sai lệch kích thước ΔH, ΔD. Sau đó gia công một số các mẫu có thể ứng dụng trong thực tế sản xuất.

1.5.2. Nhiệm vụ luận văn

Để đạt được những mục tiêu trên, yêu cầu giải quyết những nhiệm vụ sau:

-  Khái quát khả năng biến dạng khi tạo hình kim loại tấm bằng công nghệ SPIF.

-  Cơ sở lý thuyết và các khái niệm về hiệu ứng springback trong công nghệ SPIF

-  Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đồ thị liên hệ giữa các chế độ gia công khác nhau với góc biến dạng lớn nhất α_max. Thí nghiệm thực hiện trên mô hình chóp cụt. Vật liệu dùng trong thí nghiệm là nhôm A1050-H14.

-  Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng đàn hồi ngược (springback) và góc biến dạng lớn nhất trong công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF. Xác định đồ thị quan hệ giữa một số thông số gia công (bước xuống dụng cụ z) và hiệu ứng springback

- Tiến hành thí nghiệm – khảo sát ảnh hưởng của những thông số gia công đến khả năng tạo hình và hiệu ứng springback.

-  Áp dụng các đồ thị quan hệ ở trên để rút ra các chế độ gia công phù hợp cho một mẫu cho trước sau đó tiến hành gia công thử nghiệm trên công nghệ SPIF.

1.5.3. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo, chất lượng bề mặt và hiệu ứng springback  trong SPIF.

- Xây dựng mô hình thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm với các thông số theo nguyên tắc quy hoạch thực nghiệm.

- Thực hiện các phương pháp phân tích thống kê và hồi quy để xử lý số liệu, vẽ đồ thị quá trình.

1.6. Phạm vi giới hạn của luận văn

            -  Luận văn thực hiện chỉ trên vật liệu thông dụng ở Việt Nam là nhôm tấm A1050-H14.

            - Khi thực hiện gia công bằng công nghệ SPIF, các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng biến dạng ngoài các yếu tố đã xét trong luận văn còn có hình dạng hình học của chi tiết, bôi trơn, chiều dày tấm. Trong nội dung luận văn do hạn chế của thiết bị và thời gian nên chỉ xét các yếu tố trên ở mức cố định với chiều dày tấm t = 1 mm, hình dạng chóp cụp và côn thẳng với chất bôi trơn là hỗn hợp nhớt pha với mỡ bò theo tỉ lệ 2:1.

            - Đối với các thí nghiệm xem xét ảnh hưởng của hiệu ứng springback lên độ chính xác của quá trình SPIF, trong nội dung luận văn thực hiện việc đo đạc ngay trên chi tiết được tạo hình khi chưa tháo chi tiết ra khỏi đồ gá. Việc này sẽ chỉ xét được ảnh hưởng của riêng hiệu ứng springback  lên quá trình. Khi tháo chi tiết ra khỏi đồ gá, nó sẽ  chịu các ảnh hưởng đàn hồi khác như hiệu ứng gối và sẽ có các sai lệch kích thước và hình dạng cộng thêm. Hiệu ứng gối được trình bày trong phần cơ sở lý thuyết 2.2.2

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ SPIF VỀ

KHẢ NĂNG BIẾN DẠNG VÀ HIỆU ỨNG SPRINGBACK

2.1. Cơ sở lý thuyết về khả năng biến dạng.

2.1.1 Các thông số ảnh hưởng lên khả năng biến dạng

Phản ứng của vật liệu và khả năng gia công tối đa trong công nghệ SPIF được đặc trưng bằng giá trị góc biến dạng thành lớn nhất α_max .  Khi α tăng, chiều dày tấm kim loại giảm đến một giá trị nhỏ nhất, nơi mà sự rạn nứt xảy ra như một hệ quả tất yếu.  Điều này liên quan tới qui luật sin [đã trình bày trong phần 1.6] . Nếu hiểu rõ thông số α_max   của vật liệu ở một chiều dày nhất định người thiết kế có thể quyết định liệu công nghệ SPIF có thể được áp dụng trên mẫu chi tiết cần gia công hay không.

Có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình gia công và phải được xem xét để hiểu một cách đầy đủ các hiện tượng cơ học trên tấm kim loại khi biến dạng và những kết quả của quá trình.

Nếu ta không biết rõ góc α_max và qui trình gia công hợp lý áp dụng cho công nghệ SPIF thì qui luật sin được dùng để tiến hành kiểm tra. Có nghĩa là ta sẽ tiến hành gia công trên một mô hình hình học được chọn với các góc α tăng dần cho đến khi thành vật liệu mỏng đến mức độ giới hạn theo qui luật sin và rách. Ta nói góc αđó là góc biến dạng lớn nhất α_max ứng với chế độ gia công, hình dáng chi tiết và vật liệu thực hiện thí nghiệm.

Với cách tiến hành như vậy, đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện trên thế giới và kết quả của các quá trình đó là các biểu đồ giới hạn biến dạng (FLD) ứng với các vật liệu khác nhau được chọn để làm thí nghiệm. Biểu đồ giới hạn biến dạng FLD này có ý nghĩa quyết định trong việc xác định liệu có thể áp dụng công nghệ SPIF để gia công một chi tiết với vật liệu và chế độ gia công như yêu cầu hay không.

Hình 2.1. Biểu đồ FLD cho các bước xuống khác nhau, vật liệu AA1050-0. Dụng cụ sử dụng có d = 12 mm

Các yếu tố đầu vào trong biểu đồ FLD là tất cả các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng biến dạng tấm kim loại trong quá trình gia công SPIF. Các yếu tố này được đưa ra dựa các cơ sở của quá trình biến dạng như ứng suất, giới hạn chảy của vật liệu và lực tạo hình. Các yếu tố này bao gồm tốc độ quay trục chính n, tốc độ tiến theo phương xy của dụng cụ tạo hình v_f, bước xuống dụng cụ z và đường kính dụng cụ d. Các yếu tố vừa liệt kê thuộc nhóm yếu tố chế độ gia công, ngoài ra còn có ảnh hưởng của các thông số khác như chiều dày tấm, chế độ bôi trơn, vật liệu tấm kim loại, hình dạng hình học của mẫu chi tiết gia công…Trong phạm vi nội dung của luận văn chỉ tập trung vào xét ảnh hưởng của các thông số liên quàn đến chế độ gia công. Cụ thể là bao gồm các thông số:

• Bước tiến dọc Δz : chiều dài bước dọc Δz ảnh hưởng trực tiếp lên khả năng biến dạng và độ nhám bề mặt.  Khi Δz tăng đồ gá đặt phải chịu tải nặng hơn.
• Tốc độ quay trục chính n : tăng tốc độ quay trục chính có thể làm tăng khả năng gia công.  Sở dĩ có dự đoán như vật là do khi tăng n sẽ tăng khả năng tỏa nhiệt cục bộ tại vị trí đang gia công có thể cải thiện khả năng biến dạng. Tuy nhiên có một khía cạnh không tốt là sự mài mòn dụng cụ xảy ra rất nhanh, chất bôi trơn có khuynh hướng bị đốt cháy.  Điều này tạo ra vấn đề về an toàn và môi trường.  Nếu một vật liệu có khả năng gia công thấp thì ta nên thay thế bằng vật liệu biến dạng tốt hơn để có thể áp dụng được tốc độ quay trục chính thấp hơn.
• Đường kính dụng cụ tạo hình d : đây là một thông số quan trọng.  Đầu dụng cụ là nơi tập trung sức căng khi tạo hình.  Khi tăng bán kính dụng cụ thì sức căng trải ra trên một vùng rộng của bề mặt đầu cầu, vì thế giảm khả năng gia công. Mặt khác dựa trên các kết quả của tài liệu [35]  ta thấy rằng khi giảm đường kính dụng cụ thì giới hạn gia công sẽ tăng
• Tốc độ tiến dụng cụ theo phương xy v_f : khi tốc độ tiến dụng cụ tăng lên sẽ kéo theo sự tăng lên các ứng suất kéo và biến dạng trong vật liệu. Đây cũng là một thông số quan trọng cần được xét đến trong các thí nghiệm khả năng biến dạng.

Ngoài các yếu tố trên ta cũng nên xem xét đến yếu tố chiều dày ban đầu tấm kim loại :

Trong tài liệu [26]  Hirt et al đã chỉ ra rằng yếu tố này có ảnh hưởng đến khả năng biến dạng. Những kết luận tương tự cũng được tìm ra bởi Kim và Park trong tài liệu [25]  với kim loại tấm AA1050-0.  Những cuộc kiểm tra của họ chỉ ra rằng với những tấm rất mỏng (<0.3mm ) khi FLD giảm từ 1.2 tới 0.92 thì chiều dày tấm giảm 70℅.

Hình 2.2. Biến dạng gia tăng trên vật liệu DC04 dày 1.5mm áp dụng cho hình nón cụt có nhiều độ dốc khác nhau

Jeswiet et al  cũng dẫn một nghiên cứu, nhằm hướng đến việc xác định rõ mối quan hệ giữa khả năng gia công của vật liệu ( góc α_max   ) và chiều dày tấm kim loại

Kiểm tra hai hợp kim nhôm có được

             AA3003- 0          α_max  = 8.5t_o + 60.7°

             AA5754 -0          α_max  = 3.3 t_o + 58.3°

Giới hạn trên và dưới được xác định bằng khả năng quay và qui luật sin. Mặc dù chúng có giới hạn nhưng hữu ích cho người thiết kế trong việc đưa ra những lựa chọn kết cấu phù hợp cả chiều dày và cả góc α_max cho gia công.

            Trong nội dung luận văn sẽ tiến hành các thí nghiệm với nhôm tấm A1050-H14 với chiều dày t₀ = 1 mm.

2.1.2 Các thông số gia công ảnh hưởng lên chất lượng bề mặt

            Chất lượng bề mặt khi gia công bằng công nghệ SPIF cũng cần được đề cập đến khi xét đến ảnh hưởng của các thông số đầu vào. Sở dĩ phải xét đến yếu tố này là do yếu tố chất lượng bề mặt bị ảnh hưởng bởi cùng các yếu tố đầu vào như khả năng biến dạng và do đó có liên hệ chặt chẽ với nhau trên thành phẩm cuối cùng. Hơn nữa theo các nghiên cứu trong [35]  thì có một vài thông số đầu vào (ví dụ như đường kính dụng cụ d) ảnh hưởng ngược nhau lên hai yếu tố đầu ra là chất lượng bề mặt và khả năng biến dạng. Chính vì thế cần có sự điều chỉnh cần thiết để đạt được các yếu tố đầu ra phù hợp.

Độ nhám bề mặt là một trong những yếu tố được quan tâm nhiều nhất đối với một sản phẩm hoàn thiện. Đối với công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm thì yếu tố chủ yếu để xác định độ nhám bề mặt chính là bước xuống dao Δz [30] ,[31],[32] . (Hình 2.3)

Hình 2.3. Các lằn gợn (màu đỏ) xuất hiện do bước xuống dao Δz

Trong các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của bước xuống dao Δz đối với độ nhám bề mặt [30]  đã chỉ ra bằng cách nào mà các nhấp nhô bề mặt được tạo ra. Hình 2.4. biểu diễn hình ảnh ba chiều của các nhấp nhô bề mặt được phóng lớn đối với các bước xuống dụng cụ. Hình 2.5. chỉ ra biên dạng hai chiều  của vật liệu đối với ba bước xuống dao khác nhau. Ở bước xuống dao 0.13 mm - khoảng 1% đường kính dụng cụ - thì các lằn gợn quan sát được trên hình 2.4. không còn thấy nữa. Độ nhám R_z thường được sử dụng để đo độ nhám bề mặt của phương pháp SPIF.

Hình 2.4. Biên dạng nhấp nhô bề mặt ba chiều đối với 4 bước xuống dao Δz.

Biên dạng (3.6 x 4.6 mm) quan sát  được bằng giao thoa ánh sáng trắng [30]

Đường kính dụng cụ là 12.5 mm

Hình 2.5. Biên dạng nhấp nhô bề mặt hai chiều đối với ba bước xuống dao [30]

Trong tài liệu [31]  nhóm của Junk đã nghiên cứu ảnh hưởng của bước xuống dao Δz, góc biến dạng α và đường kính dụng cụ lên độ nhám bề mặt. Họ đã nhận thấy giữa bước xuống dao, góc biến dạng và đường kính dụng cụ có mối tương quan với nhau như chỉ ra trong hình 2.6. và khẳng định với sự lựa chọn đúng các yếu tố trên thì độ nhấp nhô bề mặt gây ra do bước xuống dao và góc biến dạng có thể được loại bỏ.

Hình 2.6. Ảnh hưởng của bước xuống dao Δz, góc biến dạng Ф và kính thước dụng cụ trên độ nhám bề mặt R_z; vật liệu nhôm AA1100 1.5 mm [31]

Theo tài liệu [30]  thì vận tốc vòng trục chính n (vòng/phút) có ảnh hưởng lên chiều cao biên dạng lớn nhất và có thể thiết lập được một phương trình liên hệ giữa chiều cao biên dạng lớn nhất với bước xuống dao cũng như với các yếu tố ảnh hưởng đã nêu. Độ nhám bề mặt sẽ tăng lên trong trường hợp dụng cụ không quay tương đối so với phôi tấm [30] , do đó có thể giảm độ nhám bề mặt bằng cách giảm vận tốc chuyển động tương đối giữa dụng cụ và phôi; điều này cũng giúp tránh được sự nứt vỡ do lặp lại ứng suất trên cùng một vị trí trên mặt phẳng vật liệu gia công.

Có một số các ảnh hưởng không tốt mà ta nên tránh. Đối với các góc biến dạng lớn xuất hiện hiệu ứng “vỏ cam” – sở dĩ gọi như vậy là do khi độ dốc của thành biên dạng càng bé (khi góc biến dạng Ф lớn) thì dụng cụ tạo hình sẽ tạo ra các vết trên bề mặt vật liệu thành từng vết giống như các lớp vỏ cam bị bóc ra [33], [34] . Độ rộng giữa các vết này phụ thuộc vào các bước xuống dao theo hai phương Δx, Δy và độ dốc của thành biên dạng như trình bày ở trên.

2.2. Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng springback trong công nghệ SPIF

       2.2.1 Lý thuyết về các khả năng biến dạng đàn hồi không mong muốn trong công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF

            Kỹ thuật tạo hình gia tăng được phát triển với mục đích làm giảm chi phí trong tiến trình tạo hình kim loại tấm [32] [35] [38]. Nét đặc biệt này được nhấn mạnh là tiềm năng của công nghệ tạo hình gia tăng đơn điểm, tuy nhiên vấn đề còn tồn tại là độ chính xác của thành phẩm[25] [39]. Trong công nghệ SPIF thì các phần của vật liệu không bị trong suốt quá trình gia công và do đó hình dạng hình học cuối cùng có thể rất khác biệt so với mô hình CAD mong muốn [36].

            Cách tốt nhất để tránh các sai khác về hình học và theo đó làm tăng độ chính xác chi tiết là dùng đường chạy dụng cụ khác so với đường chạy dụng cụ bám theo biên dạng của mô hình CAD ban đầu nhưng lại tạo ra được biên dạng CAD mong muốn sau khi tháo gỡ sản phẩm ra khỏi đồ gá (tháo gỡ dụng cụ, tháo gỡ chi tiết ra khỏi cơ cấu kẹp chặt hay trong trường hợp cắt rời chi tiết ngay trên đồ gá) [37] . Tuy nhiên nhiệm vụ này không dễ dàng tiến hành do đặc tính của vật liệu không phải tuyến tính và là hàm số của nhiều thông số quá trình khác nhau. Hơn nữa, không có một cách mô phỏng số nào có thể giúp ích cho các nhà thiết kế vì thời gian tính toán là rất dài và độ chính xác, đặc biệt là cho các ứng dụng trong công nghiệp thì thường là quá thấp để cung cấp được các thông tin hữu ích.

            Đề tài này tập trung nghiên cứu sự biến dạng ngược (springback)  trong công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF. Thông qua các kết quả nghiên cứu về springback  của vật liệu nhôm A1050-H14, ta có thể tạo ra được các đường chạy dụng cụ mong muốn như đã trình bày ở trên. Trong quá trình tạo đường chạy dụng cụ mới, ta cũng chú ý đến các khả năng hiệu chỉnh hiệu quả nhất từ đường chạy dụng cụ ban đầu nhằm có được đường chạy dụng cụ đơn giản nhất có thể (ví dụ như cố gắng để đường chạy dụng cụ luôn là tiếp tuyến với biên dạng CAD thiết kế tại mọi điểm).

            Về cơ bản các đường chạy dụng cụ như thế có thể giải thích trên quan niệm “biến dạng vượt”: quan niệm này chấp nhận các biến dạng vượt quá giới hạn trong quá trình gia công để tạo ra được hình dạng chi tiết mong muốn sau khi tháo dụng cụ, tháo kẹp chặt hoặc sau khi cắt rời. Tuy nhiên vấn đề phát sinh ở đây là phải dự đoán một cách chính xác cẩn thận các sai số hình học sẽ xuất hiện trong các bước đã đề cập. Thêm nữa, việc dự đoán phụ thuộc vào các thông số quá trình, bao gồm cả các thông số hình học (độ dày tấm, hình dạng hình học chi tiết) và các biến quá trình (kích thước dụng cụ, bước tiến dụng cụ…)

            Trong tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng springback có thể dự đoán được yếu tố bước tiến dụng cụ z là yếu tố gây ảnh hưởng đáng kể. Khi dụng cụ ấn xuống bề mặt chi tiết sẽ gây ra biến dạng tại mặt tiếp xúc và các vùng lân cận. Với bước tiến z lớn hiển nhiên sự biến dạng gây ra là đáng kể và đột ngột, chính điều này có thể làm cho sự đàn hồi ngược (springback) tăng lên so với trường hợp biến dạng dần dần với các bước tiến dụng cụ nhỏ hơn.

            Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày ở trên, luận văn sẽ tập trung nghiên cứu độ chính xác ảnh hưởng bởi bước tiến dụng cụ z, sau khi nhấc dụng cụ ra khỏi chi tiết (cụ thể là các ảnh hưởng khi tháo kẹp hay khi cắt chi tiết ra khỏi đồ gá sẽ chưa được đề cập) và trong quá trình tiến hành thí nghiệm đề tài sẽ dùng mô hình hình học đơn giản là mô hình côn thẳng.

            Hình dạng chi tiết cuối cùng được đo đạc thực nghiệm bằng cách thay đổi các thông số quá trình đã trình bày ở trên để đánh giá các mức sai lệch hình học ứng với từng chế độ gia công khác nhau. Một phân tích thực nghiệm dựa trên kỹ thuật hồi quy sẽ được thực hiện trên các số liệu đo đạc được từ các thí nghiệm để xác định các thông số quá trình có ảnh hưởng nhiều nhất đến độ chính xác của chi tiết. Tiếp theo, đề tài sẽ đưa ra một đồ thị trực quan để có thể tra được các khoảng bù trừ cần thiết để đạt được kích thước như thiết kế ban đầu.

       2.2.2 Các nhận xét về công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF về phương diện độ chính xác

            Trong số các quá trình biến dạng gia tăng thì công nghệ biến dạng gia tăng đơn điểm SPIF được đặc trưng bởi sự đơn giản hóa về thiết bị. Điều hạn chế chính của việc đơn giản hóa dụng cụ đó là mức độ thiếu chính xác của chi tiết. Ví dụ như quá trình gia công một chi tiết hình dạng đơn giản như một hình côn thẳng. Sai lệch đầu tiên về hình học có thể nhận thấy chính là sai lệch theo phương biến dạng chính (dọc theo trục z, nơi mà tấm kim loại bị bẻ cong khi dụng cụ di chuyển dọc theo các vòng biến dạng). Sai lệch này có thể khắc phục được bằng cách dùng một tấm lót đơn giản phía dưới kim loại tấm, mục tiêu của tấm lót là làm tăng độ cứng vững của tấm. Ngoài ra còn có sai lệch kích thước hình học trên phương biến dạng phụ do đặc tính co giãn của tấm.

            Tập trung chú ý vào trường hợp sai lệch kích thước thứ hai. Ta có thể nhận ra rằng trong suốt quá trình thực hiện biến dạng gia tăng, biến dạng xảy ra trên đường di chuyển liên tục ba chiều của dụng cụ tạo hình và đường này thường là tiếp tuyến với các mặt CAD thiết kế. Chính vì vậy mà ngoài biến dạng springback  thông thường, sau khi ta dỡ dụng cụ tạo hình ra khỏi chi tiết sẽ còn xuất hiện các hiệu ứng “gối” (pillow-effect) có thế được quan sát trên vùng biến dạng phụ. Quan sát trong hình 2.3 ta thấy được ảnh hưởng của hai hiệu ứng khi cắt ngang mô hình côn thẳng với đường màu đỏ là hình dạng sau gia công. Hiệu ứng springback làm cho đáy hình côn thẳng không thể đạt được độ cao như mong muốn (thông số K₁), còn hiệu ứng gối thì làm cho đáy hình côn bị vênh với cao độ thấp nhất ở tâm của đáy (thông số K₂)

Hình 2.3 Hiệu ứng biến dạng ngược (springback ) và hiệu ứng gối (pillow) cùng các thông số đầu ra K₁, K₂ để đo đạc hai hiệu ứng

CHƯƠNG 3:

XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

3.1. Xây dựng thí nghiệm

            Trong công nghệ SPIF thì góc biến dạng lớn nhất α_max và sai lệch kích thước do ảnh hưởng của hiệu ứng springback là hai yếu tố được quan tâm hàng đầu. Đó cũng là một trong các hạn chế của công nghệ SPIF. Như đã nêu ở phần nhiệm vụ 1.5.2 , trong nội dung luận văn sẽ tiến hành các loạt thí nghiệm nhằm làm rõ ảnh hưởng đến các yếu tố này của công nghệ SPIF.

            Trong phần cơ sở lý thuyết về khả năng biến dạng 2.1.1 và hiệu ứng springback 2.2.1 luận văn đã đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng lên chúng bao gồm: tốc độ tiến dụng cụ v_f, vận tốc trục chính n, đường kính dụng cụ d và bước tiến dụng cụ z. Trong đó phần 2.2.1 xác định yếu tố ảnh hưởng lớn nhất lên hiệu ứng springback chính là bước tiến dụng cụ z.

Như vậy ta có thể tiến hành hai loạt thí nghiệm như sau:

-          Loạt A: Loạt thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của 4 thông số đầu vào là vận tốc tiến dụng cụ v_f, bước xuống dụng cụ z, tốc độ quay trục chính n và đường kính dụng cụ d lên khả năng biến dạng được thực hiện trên mô hình kim tự tháp cụt.

-          Loạt B: Loạt thí nghiệm về ảnh hưởng bước tiến dụng cụ đến hiệu ứng springback và  khả năng biến dạng sẽ được tiến hành trên mô hình côn thẳng.

3.2. Dụng cụ, vật liệu và thiết bị thí nghiệm

Vật liệu tấm

Vật liệu tấm được dùng trong thí nghiệm là hợp kim nhôm có mã là A1050 – H14. Chiều dày tấm 1mm. Kích thước tấm là hình vuông cạnh 330mm đối với loạt A và hình vuông cạnh 250 mm đối với loạt B.

Bôi trơn: sử dụng hỗn hợp mỡ bò và nhớt để bôi trơn mặt tiếp xúc tấm – dụng cụ

Đồ gá:           

-          Đối với loạt A:

Để đạt được hình dáng chính xác cho mô hình tạo hình tấm bằng phương pháp SPIF, tấm được đỡ kín khắp biên dạng tạo hình. Đồ gá được thiết kế phù hợp với mô hình thí nghiệm gồm chân đế, tấm tựa và một tấm kẹp. Chân đế và tấm tựa được bắt bulông chặt với nhau thành một khối và được gắn cố định trên bàn máy. Chân đế là 2 thanh thép chữ U. Tấm tựa hình vuông trên đó khoét một hình vuông cạnh 160 mm. Tấm kẹp cũng là hình vuông, lỗ hình tròn ở giữa có đường kính 260mm. Tấm kẹp được liên kết với tấm tựa bằng 12 bulông đầu lục giác chìm để cố định tấm kim loại trong quá trình gia công (hình 3.1).