Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học lòng khuôn đến khả năng tạo hình chi tiết vỏ máy ảnh trong công nghệ dập vuốt

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học lòng khuôn đến khả năng tạo hình chi tiết vỏ máy ảnh trong công nghệ dập vuốt

1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ HÌNH HỌC LỊNG KHUƠN ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ MÁY ẢNH TRONG CƠNG NGHỆ DẬP VUỐT STUDY ON EFFECT OF DIE GEOMETRICAL PARAMETERS ON FORMABILITY CAMERA COVER IN DEEP DRAWING PROCESS Đỗ Thành Trung(1), Phạm Sơn Minh(2), Lê Nhân(3) Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM Email: (1) trungdt@hcmute.edu.vn; (2) minhps@ hcmute.edu.vn; (3)hoainhan505@gmail.com TĨM TẮT Chi tiết vỏ máy ảnh kỹ thuật số thường cĩ hình dạng 3D phức tạp và nhiều gĩc cạnh nên rất khĩ biến dạng tạo hình trong cơng đoạn dập vuốt, Các khuyết tật thường gặp của những chi tiết này là bị biến mỏng cục bộ quá mức tại các gĩc cĩ ứng suất tập trung lớn gây rách chi tiết. Việc xác định các thơng số hình học của khuơn hợp lí sẽ hạn chế các khuyết tật và nâng cao chất lượng của chi tiết dập vuốt. Bài báo nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thơng số hình học lịng khuơn như: bán kính lượn của mép cối, bán kính lượn của hốc ở đáy cối, bán kính đỉnh của chày đến khả năng biến dạng tạo hình chi tiết vỏ máy ảnh. Bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm và mơ phỏng số trên phần mềm AutoForm nhĩm tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui mơ tả sự ảnh hưởng của các yếu tố hình học lịng khuơn đến độ dày nhỏ nhất trên chi tiết dập vuốt từ đĩ tối ưu hĩa các thơng số hình học của lịng khuơn để nâng cao khả năng biến dạng tạo hình trong dập vuốt chi tiết vỏ máy ảnh. Camera covers are complex 3D-parts with many corners. It’s difficult to make the shape in deep drawing process. One of the most common defects of these parts is fracture. This defect occurs because of high tensile stress concentration at the corners that cause thinning and fracture. The determination suitable die geometrical parameters reduce defects and improve the quality of drawn parts. This paper studied on effect of die geometrical parameters including die edge radius, pocket radius of bottom of die, and punch nose radius on formability of camera cover. It founded the functional describe the effect of die geometrical parameters on minimum thickness of drawn part by using numerical simulation on AutoForm software and experimental statistics method. In addition the paper also determined the optimum geometric parameters to improve formability of camera cover. Từ khĩa: dập vuốt, mơ phỏng số, thực nghiệm, vỏ máy ảnh 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Strathclyde nước Anh đã nghiên cứu sử dụng Hiện nay cơng nghệ dập vuốt kim loại tấm dung dịch bơi trơn Boron Nitride để giảm sự được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi biến mỏng gây ra vết nứt khi dập chi tiết hình tiết và linh kiện phục vụ cho nhiều ngành hộp, kết quả nghiên cứu trên nhơm tấm cơng nghiệp như ơ tơ, xe máy, hàng khơng, A7475 đã giảm kích thước vết nứt khoảng 7% vỏ điện thoại di động, vỏ laptop, vỏ máy ảnh tại vị trí mỏng nhất [7]. M.Gavas thuộc kỹ thuật số Khĩ khăn lớn nhất của của cơng trường đại học Dumplupinar ở Thổ Nhĩ Kỳ đã nghệ này là chi tiết sau khi dập vuốt bị nhiều nghiên cứu áp dụng khuơn cĩ tấm chặn đa dạng khuyết tật như trầy xước, nhăn và điểm để nâng cao khả năng dập vuốt chi tiết rách Để hạn chế các khuyết tật và nâng cao hình hộp bằng nhơm tấm A-1050, kết quả đã khả năng biến dạng tạo hình của chi tiết đã cĩ tăng được độ sâu của chi tiết 6,13% so với nhiều nghiên cứu mới được áp dụng hiệu quả. tấm chặn mặt phẳng thơng thường [8]. Nhĩm Nhĩm nghiên cứu thuộc trường Đại học nghiên cứu thuộc trường đại học Quốc Gia của Hàn Quốc đã nghiên cứu ứng dụng
2. phương pháp dập dập vỏ máy ảnh làm bằng hợp kim Magie AZ31B ở nhiệt độ 300oC, kết quả đã khắc phục được trường hợp bị rách tại bốn gĩc của hình hộp [9]. Ngồi ra cũng cĩ một số nghiên cứu về thơng số hình học của lịng khuơn để nâng cao khả năng dập vuốt tạo hình chi tiết điển hình là đề tài của nhĩm nghiên cứu thuộc trường đại học Cairo của Ai Cập, kết quả nghiên cứu đã cho thấy với bán kính lượn của cối và bán kính đỉnh chày càng nhỏ sẽ càng làm tăng sự biến mỏng gây rách Hình 2: Các thơng số hình học của khuơn dập chi tiết ly hình trụ [10]. vuốt vỏ máy ảnh Trong nghiên cứu này chúng tơi chọn vỏ 2. MƠ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP sau của máy ảnh kỹ thuật số cĩ hình dáng VUỐT phức tạp với nhiều gĩc cạnh và hốc ở đáy để nghiên cứu khả năng biến dạng tạo hình trong 2.1 Vật liệu dập vuốt cơng đoạn dập vuốt, các dạng chi tiết này Phần mềm AutoForm V3R4.5 được sử thường bị rách tại các gĩc (hình 1). dụng để mơ phỏng quá trình biến dạng của nhơm tấm trong dập vuốt. Vật liệu sử dụng cho vỏ máy ảnh thường được sử dụng là các hợp kim nhơm vì nĩ cĩ tính sang trọng, nhẹ, bền, hấp thụ xung lực tốt khi bị tác động cơ học, khả năng giải nhiệt cao và đặc biệt là khả năng gia cơng biến dạng tạo hình rất tốt [4]. Trong nghiên cứu này nhĩm nghiên cứu đã chọn hợp kim nhơm A1050 độ dày 0.8mm vì nĩ cĩ ưu điểm là dễ gia cơng biến dạng tạo hình. Cơ tính của nhơm A1050 như bảng 1. Hình 1. Chi tiết bị rách trong dập vuốt Bảng 1: Cơ tính của nhơm A1050 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dập Mơ đun đàn hồi 7x104 N vuốt như: đặc tính vật liệu của kim loại tấm, Giới hạn chảy 85 MPa độ dày tấm kim loại, lực dập, lực chặn phơi, vận tốc dập, thơng số hình học của lịng Giới hạn bền kéo 135 MPa khuơn [1]. Trong đĩ các thơng số cơng nghệ Độ giãn dài tương đối 41.9% như: lực dập, lực chặn phơi, vận tốc dập dễ dàng được điều chỉnh trên máy dập. Riêng Hệ số Poission 0.3 các thơng số hình học lịng khuơn như: độ lớn 2.2 Mơ hình 3D của lịng khuơn, bán kính lượn ở mép cối, bán Từ bản vẽ của sản phẩm (hình 3) tác giả đã kính lượn của hốc ở đáy cối, bán kính đỉnh thiết kế mơ hình bề mặt 3D của khuơn dập chày (hình 2) nếu thay đổi thì phải chế tạo lại vuốt. Biên dạng của cối sẽ được thiết kế dựa khuơn làm tốn thời gian và chi phí do đĩ việc trên bề mặt bên ngồi của sản phẩm cịn biên tối ưu hĩa các thơng số hình học lịng khuơn dạng của chày suy ra từ biên dạng của cối với là rất cần thiết trước khi chế tạo khuơn mẫu. khe hở giữa chày và cối là 0.85 mm. Tấm chặn được thiết kế dựa trên mơ hình của vành cối (hình 4).
3. tại các gĩc của chi tiết. Để kiểm tra mức độ tin cậy giữa mơ phỏng và thực nghiệm nhĩm nghiên cứu đã làm thực nghiệm để so sánh (hình 6, hình 7). Hình 3: Sản phẩm vỏ sau của máy ảnh KTS Hình 6: Kết quả thực nghiệm dập vuốt 1.1 1.0 Mo phong Thi nghiem 0.9 0.8 0.7 do(mm)day 0.6 0.5 0.4 Hình 4: Mơ hình 3D khuơn dập vuốt 0 20 40 60 80 2.3 Mơ phỏng bằng phần mềm AutoForm khoang cach tu vi tri kiem tra den tam chi tiet (mm) Các yếu tố cố định khi mơ phỏng: điều Hình 7: Biểu đồ so sánh độ dày giữa chi tiết kiện ma sát, bơi trơn µ=0.15, vận tốc dập mơ phỏng và chi tiết thực nghiệm 2 5mm/s, lực chặn phơi q=4.5 N/mm . Sau khi Giá trị độ dày thực nghiệm là giá trị trung mơ phỏng, kết quả cần phân tích là giá trị ứng bình của 5 chi tiết. Độ sai lệch giữa giá trị mơ suất lớn nhất và độ dày nhỏ nhất tại các gĩc phỏng với giá trị thực nghiệm nhỏ hơn 10% dễ bị rách trên chi tiết, hai yếu tố này quyết nên cĩ thể chấp nhận được. Biểu đồ hình 6 định chất lượng của chi tiết sau khi dập vuốt. cho thấy đơ dày chi tiết sau khi dập vuốt giảm dần từ tâm chi tiết đến vị trí gần gĩc hình hộp do chịu ứng suất kéo trong quá trình biến dạng. Độ dày giảm nhiều tại vị trí gĩc hộp do vùng này chịu ứng suất tập trung lớn nhất và khu vục này thường dễ bị rách. Độ dày bắt đầu tăng dần từ đáy thành đứng đến miệng thành đứng của chi tiết. Độ dày ở vùng vành phẳng trên mép chi tiết tăng lên do bán kính lượn mép cối cản lại các phần tử kim loại trong quá trình vuốt chi tiết vào trong khuơn. Hình 5:Kết quả phân bố độ dày trên chi tiết mơ phỏng Khả năng dập vuốt của chi tiết được đánh giá qua mức độ dập vuốt giới hạn Kgh. Mức Từ kết quả phân bố độ dày trên chi tiết dập độ dập vuốt tới hạn phụ thuộc vào tính chất vuốt (hình 5) cho thấy giá trị độ dày nhỏ nhất
4. cơ học của vật liệu phơi, chiều dày tương đối của phơi, hình dạng và kích thước của chi tiết dập vuốt. Đối với hợp kim nhơm Kgh=3.44÷2.56 [1]. Kích thước phơi được xác định dựa trên nguyên lí cân bằng thể tích vật liệu trước và sau khi biến dạng (hình 8). Phơi Chi tiet Hình 10:Vị trí bị rách trên chi tiết thí nghiệm Ro Các thơng số hình học cơ bản của lịng rg khuơn ảnh hưởng đến sự biến dạng của chi tiết dập vuốt là kích thước chày, kích thước cối, bán kính lượn mép cối (Rcối), bán kính lượn của hốc ở đáy cối (Rđáy) bán kính đỉnh chày (Rchày). Trong trường hợp này kích thước chày và kích thước cối phụ thuộc vào kích thước của chi tiết nên khơng thay đổi T=0.8 mm được. Để nâng cao khả năng tạo hình chi tiết Hình 8: Phơi tấm phẳng chỉ cĩ thể thay đổi bán kính lượn của mép cối, Mức độ dập vuốt của chi tiết: bán kính lượn đáy cối, bán kính đỉnh chày và đây là ba yếu tố đầu vào của thí nghiệm. K=R0/rg=8.4/1.4=6 Vì mức độ dập vuốt của chi tiết lớn hơn mức độ dập vuốt tới hạn nên chi tiết cần dập qua 2 bước, bước 1 dập tạo hình phần đáy chi tiết, bước 2 vuốt sửa phần thành đứng của chi tiết. Để chi tiết sau khi dập vuốt khơng bị rách cần thiết phải xác định các thơng số cơng nghệ phù hợp đặc biệt là các thơng số hình học của lịng khuơn. Hình 11: Sơ đồ hộp đen dập vuốt vỏ máy ảnh 3. ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ HÌNH HỌC LỊNG KHUƠN ĐẾN KHẢ NĂNG Trong sơ đồ thí nghiệm (hình 10), tác giả TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ MÁY ẢNH đã khảo sát đầu ra là độ dày nhỏ nhất (tmin) và ứng suất lớn nhất (σ ) trên chi tiết dập vuốt. Khả năng tạo hình của chi tiết được đánh max Trị số đầu ra là kết quả mơ phỏng bằng phần giá thơng qua độ dày nhỏ nhất trên chi tiết sau mềm AutoForm. khi dập vuốt. Nếu độ dày biến mỏng quá mức sẽ xuất hiện các vết nứt hoặc rách tại các vị trí 3.1 Thực nghiệm đơn yếu tố cĩ ứng suất tập trung lớn trong quá trình biến Để phân tích sự ảnh hưởng của từng yếu tố dạng chẳng hạn các gĩc của chi tiết hình hộp Rcối, Rđáy, Rchày đến khả năng tạo hình chi tiết (hình 9, hình 10). cần phải lần lượt phân tích sự ảnh hưởng từng đơn yếu tố và giữ nguyên các yếu tố cịn lại. 3.1.1 Ảnh hưởng của bán kính mép cối đến độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất Để nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính mép cối tới độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất cần phải cố định các thơng số cịn lại: 2 Hình 9:Vị trí bị rách trên chi tiết mơ phỏng Rđáy=2.0mm; Rchày=1.2mm; q=4.5 N/mm
5. Bảng 2: Kết quả mơ phỏng khi thay đổi bán Đồ thị hình 12 và hình 13 cho thấy khi kính lượn mép cối tăng bán kính mép cối thì độ dày nhỏ nhất tăng lên theo phương trình (y1), đồng thời ứng x1 (Rcối) y1(tmin) y2 (σmax) suất lớn nhất tại vị trí gĩc của chi tiết cĩ xu mm mm MPa hướng giảm theo phương trình (y2). Khi tăng 3.0 0.490 156 bán kính lượn mép cối từ R3 đến R6 thì độ 4.0 0.500 148.2 dày nhỏ nhất tăng nhanh, đồng thời ứng suất lớn nhất giảm nhanh. Bán kính lượn mép cối 5.0 0.508 145 từ R6 đến R8 thì độ dày nhỏ nhất và ứng suất 6.0 0.513 142.5 lớn nhất thay đổi ít. Khi bán kính lượn mép 7.0 0.515 141 cối lớn hơn R8 tức là gấp 10 lần giá trị độ dày vật liệu tấm (t=0.8mm) thì dộ dày và ứng suất 8.0 0.516 140 gần như khơng thay đổi. Phương trình hồi qui độ dày nhỏ nhất 3.1.2 Ảnh hưởng của bán kính lượn đáy cối (y ) và ứng suất lớn nhất (y ) được xác định 1 2 đến độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất bằng phương pháp bình phương tối thiểu. Bảng 3: Kết quả mơ phỏng khi thay đổi bán y = -0.00123x 2+0.0187x +0.445 1 1 1 kính lượn đáy cối 0.520 x2 (Rđáy) y1 (tmin) y2 (σmax) 0.515 mm mm MPa 0.510 2.0 0.516 143 0.505 2.5 0.520 141 Duong hoi qui 0.500 Mo phong 3.0 0.522 140 0.495 do day nho nhat (mm) donhat nho day 3.5 0.525 139 0.490 4.0 0.526 138.5 0.485 2 3 4 5 6 7 8 9 Ban kinh mep coi (mm) Phương trình hồi qui độ dày nhỏ nhất (y ) và ứng suất lớn nhất (y ) như sau: Hình 12: Ảnh hưởng của bán kính lượn mép 1 2 2 cối đến độ dày nhỏ nhất của chi tiết y1= -0.00143x2 +0.01357x2+0.49466 2 2 y2= 0.7286x1 -10.9886x1+181.7229 y2=0.8571x2 -7.3429x2+154.1857 158 0.528 156 0.526 154 152 0.524 150 0.522 148 duong hoi qui Duong hoi qui thi nghiem 0.520 146 Mo phong 144 0.518 do day nho nhat (mm) donhat nho day ung suat lon nhat (MPa) lonnhat suat ung 142 0.516 140 138 0.514 2 3 4 5 6 7 8 9 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Ban kinh mep coi (mm) Ban kinh day coi (mm) Hình 13: Ảnh hưởng của bán kính lượn Hình 14: Ảnh hưởng của bán kính lượn đáy mép cối đến ứng suất lớn nhất của chi tiết cối đến độ dày nhỏ nhất của chi tiết
6. 144 0.57 0.56 143 0.55 142 0.54 0.53 141 Duong hoi qui Duong hoi qui Mo phong 0.52 Mo phong 140 do day nho nhat (mm) donhat nho day 0.51 ung suat lon nhat (MPa) lonnhat suat ung 0.50 139 0.49 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 138 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Ban kinh dinh chay (mm) Ban kinh day coi (mm) Hình 16: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh chày Hình 15: Ảnh hưởng của bán kính lượn đáy đến độ dày nhỏ nhất của chi tiết cối đến ứng suất lớn nhất của chi tiết Đồ thị hình 14 và hình 15 cho thấy độ dày 150 nhỏ nhất tăng nhanh và ứng suất lớn nhất 148 giảm nhanh khi tăng bán kính của hốc ở đáy 146 cối từ R2 đến R4. Bán kính đáy cối khơng thể 144 142 tăng thêm do bị giới hạn bởi độ sâu hốc 5mm. Duong hoi qui 140 Mo phong 3.1.3 Ảnh hưởng của bán kính đỉnh chày 138 đến khả năng tạo hình chi tiết 136 ung suat lon nhat (MPa) lonnhat suat ung 134 Bảng 4: Kết quả mơ phỏng khi thay đổi bán 132 kính đỉnh chày 130 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 x3 (Rchày) mm y1 (tmin) mm y2 (σmax) MPa Ban kinh dinh chay 0.8 0.499 147 Hình 17: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh chày 1.0 0.509 145 đến ứng suất lớn nhất của chi tiết 1.2 0.511 144 3.2 Thực nghiệm đa yếu tố tồn phần 1.4 0.523 140 Với phần thực nghiệm đơn yếu tố ở trên 1.6 0.533 137 chỉ xác định được sự ảnh hưởng đơn lẻ của từng yếu tố đến chi tiết trong dập vuốt. Trong 1.8 0.545 134 thực tế, khả năng tạo hình chi tiết dập vuốt 2.0 0.566 133 luơn luơn chịu ảnh hưởng đồng thời bởi các Phương trình hồi qui độ dày nhỏ nhất yếu tố trên vì vậy cần thiết phải làm thực nghiệm đa yếu tố để tìm ra hàm mục tiêu từ (y1) và ứng suất lớn nhất (y2) như sau: đĩ tối ưu hĩa hàm mục tiêu để tìm ra các 2 y1=0.03x3 - 0.0315x3+0.5069 thơng số đầu vào phù hợp. 2 y2=4.4643x3 -25.3571x3+165.5357 Để rút ngắn thời gian nghiên cứu tác giả đã Kết quả cho thấy cho thấy độ dày nhỏ nhất tổ chức thí nghiệm theo phương pháp qui tăng nhanh, đồng thời ứng suất lớn nhất giảm hoạch trực giao cấp hai [2]. nhanh khi tăng bán kính đỉnh chày từ R0.8 Miền khảo sát của các thơng số đầu vào: đến R2.0 (đồ thị hình 16, hình 17). Bán kính đỉnh chày khơng nên quá lớn so với bán kính Bán kính lượn mép cối (Rcối): 3 ÷ 8 mm đỉnh của sản phẩm vì sự chênh lệch bán kính Bán kính lượn đáy cối (Rđáy): 2 ÷ 4 mm lớn sẽ khĩ biến dạng khi dập vuốt bước sau. Bán kính đỉnh chày (Rchày): 0.8 ÷ 2 mm
7. Bảng 5: Các yếu tố đầu vào Để đơn giản hĩa trong việc tính tốn, các biến tự nhiên được chuyển sang các biến mã Yếu tố hĩa tương ứng như trong bảng 6. Các mức Rcối Rđáy Rchày Bảng 6: Chuyển sang biến mã hĩa Biến Mức Biến Mức Mức Mức Mức Mức tự cơ mã cơ Mức trên 8 4 2 trên dưới trên dưới nhiên sở hĩa sở Mức cơ sở 5.5 3 1.4 Rcối 8 5.5 3 1 1 0 -1 Mức dưới 3 2 0.8 Rđáy 4 3 2 2 1 0 -1 Khoảng biến thiên 2.5 1 0.6 Rchày 2 1.4 0.8 3 1 0 -1 Sau khi mơ phỏng theo bảng ma trận thí nghiệm, kết quả thu được như bảng 7. Bảng 7: Ma trận thí nghiệm ′ ′ ′ STT 0 1 2 3 1 2 1 3 2 3 1 2 3 1 2 3 y1 (mm) y2 (Mpa) 1 + - - - + + + - 0.27 0.27 0.27 0.451 163 2 + + - - - - + + 0.27 0.27 0.27 0.498 144 3 + - + - - + - + 0.27 0.27 0.27 0.463 160 4 + + + - + - - - 0.27 0.27 0.27 0.506 143 5 + - - + + - - + 0.27 0.27 0.27 0.472 157 6 + + - + - + - - 0.27 0.27 0.27 0.559 130 7 + - + + - - + - 0.27 0.27 0.27 0.479 154 8 + + + + + + + + 0.27 0.27 0.27 0.572 126 9 + 0 0 0 0 0 0 0 -0.73 -0.73 -0.73 0.524 139 10 + 1.215 0 0 0 0 0 0 0.746 -0.73 -0.73 0.539 133 11 + -1.215 0 0 0 0 0 0 0.746 -0.73 -0.73 0.427 167 12 + 0 1.215 0 0 0 0 0 -0.73 0.746 -0.73 0.529 139 13 + 0 -1.215 0 0 0 0 0 -0.73 0.746 -0.73 0.521 141 14 + 0 0 1.215 0 0 0 0 -0.73 -0.73 0.746 0.557 134 15 + 0 0 -1.215 0 0 0 0 -0.73 -0.73 0.746 0.494 148 Theo lý thuyết qui hoạch thực nghiệm Dựa vào phương trình hồi qui của hàm [2], tác giả đã xây dựng được phương trình mục tiêu độ dày nhỏ nhất (y1) và ứng suất hồi qui của hàm mục tiêu độ dày nhỏ nhất lớn nhất (y2) cho thấy cả 3 thơng số là bán (y1) và hàm mục tiêu ứng suất lớn nhất (y2) kính lượn mép cối, bán kính lượn đáy cối, như sau: bán kính đỉnh chày đều ảnh hưởng đến chất y =0.3098+0.0505푅 +0.0045푅 - lượng chi tiết. Trong đĩ ảnh hưởng của bán 1 ố𝑖 đá kính mép cối là lớn nhất, bán kính mép cối 0.00455푅 +0.0075푅 . 푅 -0.0042푅2 ℎà ố𝑖 ℎà ố𝑖 và bán kính đỉnh chày cĩ sự ảnh hưởng y2=204.2011-14.6674푅 ố𝑖-1.226푅đá - tương tác với nhau cịn bán kính đáy cối 2 0.425푅 ℎà -1.583푅 ố𝑖 . 푅 ℎà +1.0956푅 ố𝑖 ảnh hưởng độc lập đến chi tiết.
8. Sự ảnh hưởng của từng cặp thơng số 4. TỐI ƯU HĨA HÀM MỤC TIÊU (thơng số cịn lại ở mức cơ sở) đến độ dày 4.1 Giải bài tốn tối ưu hàm mục tiêu nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất của chi tiết được thể hiện qua các biểu đồ dưới đây: Chi tiết dập vuốt cĩ chất lượng tốt nhất khi độ dày nhỏ nhất tại các gĩc của chi tiết đạt giá trị lớn nhất, đồng thời ứng suất lớn nhất tại các gĩc cĩ giá trị nhỏ nhất. Ứng dụng chương trình Matlab để giải bài tốn tối ưu, nghiệm và giá trị tối ưu của hàm mục tiêu được xác định như sau: Đối với hàm mục tiêu độ dày nhỏ nhất y1 Hình 18: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh chày và bán kính mép cối đến độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất thì giá trị lớn nhất là y1(max)=0.57 mm, ứng với nghiệm của phương trình là: Rcối=8, Rđáy=4, Rchày=2. Đối với hàm mục tiêu ứng suất lớn nhất y2 thì giá trị nhỏ nhất là y2(min)=125.9 MPa, ứng với nghiệm của phương trình là: Rcối=8, Rđáy=4, Rchày=2. Nghiệm của 2 phương trình trên giống nhau và như vậy chỉ cần sử dụng một trong hai phương trình trên là cĩ thể điều khiển được quá trính dập vuốt. Tuy nhiên trong thực tế Hình 19: Ảnh hưởng của bán kính đỉnh chày và bán việc đo ứng suất của chi tiết dập vuốt địi hỏi kính đáy cối đến độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất thiết bị và kỹ thuật phức tạp hơn rất nhiều so với việc đo chiều dày của chi tiết nên hầu hết các trường hợp thực nghiệm đều chọn hàm mục tiêu là độ dày của chi tiết để khảo sát. Qua kết quả của bài tốn tối ưu trên cho thấy chất lượng chi tiết dập vuốt tốt nhất khi bán kính cối, bán kính đáy và bán kính chày lớn nhất trong khoảng khảo sát. Hình 20: Ảnh hưởng của bán kính mép cối và bán kính 4.2 Kiểm chứng kết quả bằng thực nghiệm đáy cối đến độ dày nhỏ nhất và ứng suất lớn nhất Để đối chiếu kết quả giữa lý thuyết và thực Trong các đồ thị ở hình 18, hình 19, nghiệm chúng tơi tiến hành chế tạo khuơn hình 20 cho thấy khi tăng bán kính lượn mẫu và làm thực nghiệm kiểm chứng tại cơng mép cối, tăng bán kính lượn đáy cối và tăng ty Nidec Copal Precision Viet Nam, khu cơng bán kính đỉnh chày lên một mức nhất định nghệ cao, TP.HCM. thì ứng suất lớn nhất của chi tiết dập vuốt Trong các chi tiết của bộ khuơn dập vuốt sẽ giảm đồng thời độ dày nhỏ nhất của chi quan trọng nhất là chày và cối (hình 21 & 22). tiết sẽ tăng. Điều đĩ chứng tỏ bán kính lượn mép cối và bán kính lượn đáy cối càng lớn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch chuyển các phần tử kim loại vào trong lịng khuơn cịn bán kính đỉnh chày càng lớn thì chi tiết giảm bớt sự tập trung ứng suất tại các gĩc trên chi tiết nên hạn chế sự biến mỏng gây rách sản phẩm. Hình 21: Chày khuơn dập vuốt
9. Bảng 9: Kết quả thực nghiệm với khuơn đã tối ưu thơng số hình học Rcối Rđáy Rchày tmin (mm) (mm) (mm) (mm) 8 4 2 0.6 Hình 22: Cối khuơn dập vuốt t =0.58 Để thấy rõ mức độ ảnh hưởng của thơng số min hình học lịng khuơn đến khả năng tạo hình chi tiết chúng tơi đã làm thực nghiệm dập vuốt bằng khuơn cĩ thơng số hình học chưa tối ưu (bảng 8) và khuơn cĩ thơng số hình học đã tối ưu (bảng 9). Kết quả thực nghiệm là kết quả đo độ dày nhỏ nhất của chi tiết và Hình 25: Chi tiết dập vuốt bước 1 bằng là giá trị trung bình của 3 chi tiết. khuơn đã tối ưu Bảng 8: Kết quả thực nghiệm với khuơn chưa tối ưu thơng số hình học Rcối Rđáy Rchày tmin (mm) (mm) (mm) (mm) 5 2 0.8 0.48 Hình 26: Chi tiết dập vuốt bước 2 bằng khuơn đã tối ưu Kết quả chi tiết thực nghiệm ở hình 23, 24, 25 và 26 cho thấy chất lượng chi tiết dập tmin=0.46 vuốt được cải thiện rất nhiều khi được dập bằng khuơn đã tối ưu các thơng số hình học. Chi tiết dập bằng khuơn chưa tối ưu (hình 23 & 24) bị rách tại gĩc của hốc ở đáy sản phẩm do vật liệu bị biến mỏng 40%, độ dày nhỏ nhất của vật liệu tại vết rách là 0.48. Chi tiết dập vuốt bằng khuơn đã tối ưu (hình 25 & 26) khơng bị rách do vật liệu tại vị trí gĩc nhọn Hình 23: Chi tiết dập vuốt bước 1 bằng của hốc ở đáy bị biến mỏng 25% với độ dày khuơn chưa tối ưu nhỏ nhất là 0.6. Như vậy việc tối ưu hĩa các thơng số hình học lịng khuơn đã nâng cao được khả năng tạo hình chi tiết trong dập vuốt vỏ máy ảnh. 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm, tác giả đã xây dựng được các hàm mục tiêu mơ tả sự ảnh hưởng phối hợp của các thơng Hình 24: Chi tiết dập vuốt bước 2 bằng khuơn số hình học lịng khuơn đến ứng suất lớn nhất chưa tối ưu và độ dày nhỏ nhất của chi tiết dập vuốt. Từ
10. các phương trình hồi qui, đã cho biết mức độ [10] Najmeddin Arab, Abotaleb và qui luật ảnh hưởng của các thơng số hình Javadimanesh, Theoretical and học lịng khuơn đến hàm mục tiêu và cho Experimental Analysis of Deep Drawing phép xác định giá trị tối ưu của các thơng số Cylindrical Cup, Journal of Minerals and này trước khi chế tạo khuơn mẫu. Tuy nhiên Materials Characterization and đề tài chỉ mới thực nghiệm được với một loại Engineering, 2013, 1, 336-342 vật liệu nhơm A1050 với độ dày 0.8mm. Đề [11] F. Ayari, E. Bayraktar, Parametric tài cần nghiên cứu tiếp theo với nhiều loại vật Finite Element Analysis for a square cup liệu và độ dày khác nhau. deep drawing process, Journal of TÀI LIỆU THAM KHẢO Achievements in Materials and [1] Nguyễn Mậu Đằng, Cơng nghệ tạo hình Manufacturing Engineering, Vol 48, 64-86 kim loại tấm, NXB KHKT, Hà Nội, 2006 [12] Yaning Li, Meng Luo, Jưrg Gerlach, [2] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm, Tomasz Wierzbicki, Prediction of shear- NXB Đại Học Quốc Gia, TP.HCM, 2004 induced fracture in sheet metal forming, Journal of Materials Processing [3] Bộ mơn gia cơng áp lực, Giáo trình gia Technology 210 (2010) 1858–186 cơng áp lực,Viện Cơ Khí ĐH Bách Khoa HN. [13] G. Venkateswarlu, M. J. Davidson and [4] Đinh Bá Trụ, Giáo trình cơ sở lý thuyết G. R. N. Tagore, Influence of process biến dạng dẻo kim loại, Học Viện Kĩ Thuật parameters on the cup drawing of Quân Sự , Hà Nội, 2000 aluminium 7075 sheet, International [5] Nguyễn Tất Tiến, Lý thuyết biến dạng dẻo Journal of Engineering, Science and kim loại, NXB Giáo Dục, 2004 Technology Vol. 2, No. 11, 2010, pp 41-49 [6] H. Zein, M. El-Sherbiny, M. Abd- [14] Saani Shakil, Mostafa Hamed, Rabou, M.El Shazly, Effect of die design Abdessalem Chamekh, Single Stage Steel parameter on thinning of sheet metal in Cup Deep Drawing Analysis using Finite deep drawing process, American Journal of Element Simulation, International Journal Machanical Engineering, Vol.1, 20-29, 201 of Engineering Research & Technology Vol. 4, 2278-018 [7] Paul Wood, Muhammad Jawad Qarni, and Andrzej Rosochowski, Effect of [15] A. C. S. Reddy, S. Rajesham, P. R. friction and back pressure on the Reddy, T. P. Kumar, J. Goverdhan, An formability of superplastically formed experimental study on effect of process aluminium alloy sheet, Key Engineering parameters in deep drawing using Taguchi Materials Vol. 473 (2011) pp 532-539 technique, International Journal of Engineering, Science and Technology, Vol. [8] M.Gavas, Metallurgy, Increasing the 7, No. 1, 2015, pp. 21-32 deep drawability of Al-1050 aluminium sheet using multi-point blank [16] U. Pranavi, P. Venkateshwar Reddy, holder, Vol.45 N.02, 109-113 K. Lavanya, NV Narasimha Charyulu and Perumalla Janaki Ramulu, Effect of [9] Nguyen Duc Toan, Kim Young-Suk, Mechanical Properties on Deep Drawing and Jung Dong Won, Coupled Formability Prediction, International Thermomechanical Finite Element Analysis Journal of Current Engineering and to Improve Press Formability for Camera Technology, E-ISSN 2277 – 4106, P-ISSN Shape Using AZ31B Magnesium Alloy 2347 – 5161 Sheet, Met. Mater. Int., Vol. 18, No. 4 (2012), pp. 583~595
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.