Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI DẬP VUỐT THÉP 1X18H9T OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS ON THE DRAWING OF 1X18H9T STEEL ThS Lê Trọng Tấn1a, ThS Nguyễn Mạnh Tiến1b, TS Nguyễn Trường An1c Học viện Kỹ thuật quân a b Tan.letrong82@gmail.com; Manhtiennguyen84@gmail.com; ctruonganomd@gmail.com TÓM TẮT Bài báo sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ: áp lực ép biên, chiều dày tương đối vật liệu hệ số ma sát tiếp xúc đến khả biến dạng vật liệu dập vuốt thép 1X18H9T Trên sở nghiên cứu nhằm tối ưu hóa thông số công nghệ, góp phần hoàn thiện công nghệ dập vuốt thép 1X18H9T nói riêng vật liệu khó biến dạng nói chung, phục vụ phát triển kinh tế an ninh quốc phòng Từ khóa: dập vuốt, thực nghiệm, quy hoạch thực nghiệm, thép không rỉ, thông số công nghệ ABTRACT This paperuses experimental planning method to study on influence of process parameters on the drawing: blank holder force, the relative thickness of material, contact friction coefficient to ability deformation on drawing of 1X18H9T steel This study implemented an optimization of process parameters, contribute to improving in drawing technology of 1X18H9T steel and high – strength materials, serve economic development and national security Keywords: drawing, experimental, experimental planning, stainless steel, process parameters ĐẶT VẤN ĐỀ Dập vuốt phương pháp gia công kim loại áp lực nhằm biến đổi phôi phẳng phôi rỗng để tạo chi tiết rỗng có hình dạng kích thước theo yêu cầu (hình 1) Quá trình dập vuốt nói chung phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ dập vuốt, áp lực ép biên, bán kính lượn cối, hệ số ma sát tiếp xúc, chiều dày vật liệu phôi,…Tùy thuộc vào loại vật liệu yếu tố công nghệ có mức độ ảnh hưởng khác đến trình biến dạng Hình 1: Sơ đồ trình dập vuốt từ phôi phẳng (a) dập vuốt nguyên công sau (b) 1) Cối dập, 2) Chày dập, 3) Ép biên, 4) Phôi 489 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Thép 1X18H9T (ΓOCT 56312-61) loại thép không rỉ, có độ bền cao, có mức độ hóa bền biến dạng lớn dập vật liệu yếu tố công nghệ như: chiều dày tương đối vật liệu, áp lực ép biên ma sát tiếp xúc có ảnh hưởng lớn đến khả biến dạng lực dập Vì thế, cần nghiên cứu quy luật ảnh hưởng yếu tố đến trình dập làm sở cho việc ứng dụng thực tế sản xuất ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG BIẾN DẠNG KHI TẠO HÌNH 2.1 Ảnh hưởng áp lực ép biên Áp lực ép biên có ảnh hưởng lớn đến lực dập vuốt chất lượng sản phẩm Áp lực ép biên làm tăng lực dập vuốt Sự có mặt áp lực ép biên làm tăng ứng suất kéo làm giảm ứng suất nén phần vành phôi dẫn tới loại bỏ nếp nhăn Nhưng tăng mức làm cho ứng suất kéo lớn gây đứt phôi Lực ép biên tính theo công thức [1]: Trong đó: 𝑄𝑄 = 0,785[𝐷𝐷2 − (𝑑𝑑 + 𝑟𝑟𝑐𝑐 )2 ] 𝑞𝑞𝑒𝑒𝑒𝑒 (1) + D: đường kính phôi ban đầu, + d: đường kính sản phẩm, + r c : bán kính lượn cối, + q eb : áp lực ép đơn vị Theo [1], áp lực đơn vị q eb = (0,8 – 4,5) MPa cho vật liệu thông thường Khi dập thép có độ bền cao, khó biến dạng q eb lấy gấp 2,5 lần (tức khoảng q eb = – 12MPa) 2.2 Ảnh hưởng chiều dày tương đối vật liệu 𝑠𝑠 Theo [1], chiều dày tương đối (∆𝑠𝑠 = 𝐷𝐷 100%) vật liệu có ảnh hưởng mạnh đến giá trị áp lực ép biên mức độ dập vuốt Các công trình nghiên cứu cho thấy, tăng chiều dày tương đối vật liệu, mức độ biến dạng vật liệu dập vuốt tăng áp lực ép biên giảm Khi chiều dày phôi mỏng mức độ dập vuốt tới hạn bị ảnh hưởng mạnh vào hệ số ma sát 2.3 Ảnh hưởng ma sát tiếp xúc Lực ma sát phôi cối dập ma sát có hại Sự xuất ma sát vùng tiếp xúc cản trở trình kéo phôi vào lòng cối Đặc biệt, dập loại thép không rỉ, có độ bền cao, ma sát làm nhiệt độ vùng tiếp xúc tăng mạnh gây tượng bám dính vật liệu phôi vào cối dập Điều làm cho bề mặt phôi bị xước, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm tuổi thọ dụng cụ Do vậy, cần thiết phải có chế độ bôi trơn hợp lý Theo [3],[4], hệ số ma sát𝜇𝜇 dập vuốt lấy khoảng 0,03 – 0,2 TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI DẬP VUỐT THÉP 1X18H9T Để đánh giá ảnh hưởng thông số tới trình dập vuốt thép 1X18H9T, tác giả sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc Hàm mục tiêu lựa chọn chiều sâu dập vuốt tương đối lớn (được mã hóa y , %) lực dập vuốt lớn (được mã hóa y , Tấn) 3.1 Lựa chọn khoảng thông số công nghệ thiết bị thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm thép 1X18H9T có thành phần hóa học tiêu tính cho bảng bảng 490 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng 1: Thành phần hóa học thép 1X18H9T Mác thép 1X18H9T Thành phần hóa học, % C Si Mn P S Cr Ni Mo W Ti ≤ 0,12 ≤ 0,80 ≤ 2,00 ≤ 0,035 ≤ 0,020 ~ 17,0 ~ 8,00 ≤ 0,30 ≤ 0,20 ~ 0,80 Bảng 2: Các tiêu tính thép 1X18H9T Chỉ tiêu tính Mác thép 𝜎𝜎𝑠𝑠 (MPa) 1X18H9T 𝜎𝜎𝑏𝑏 (MPa) 240 Độ cứng HB 𝛿𝛿 (%) 520 38 88 Các yếu tố khảo sát áp lực ép biên q eb , chiều dày tương đối vật liệu ∆𝑠𝑠 hệ số ma sát 𝜇𝜇 Khoảng biến thiên thông số, vào sở trình bày mục 2, chọn sau: - Áp lực ép biên mã hóa x với mức biến đổi: mức (-) mức (+) 12 MPa; - Chiều dày tương đối vật liệu mã hóa x Căn vào điều kiện thực tế chọn với mức biến đổi: mức (-) 0,8% mức (+) 1,5 % - Hệ số ma sát mã hóa x với mức biến đổi: mức (-) 0,03 mức (+) 0,2 Thực nghiệm tiến hành Phòng thí nghiệm Gia công áp lực theo ma trận bảng dụng cụ thiết bị trình bày hình N x0 x1 Bảng 3: Ma trận thực nghiệm phần biến số x2 x3 x1x x1x x2x x 1x 2x x1’ + + - - - - + + + + + - + - - + + - + - + + + + + + + - - + + - + + - + x2’ x3’ 0,27 0,27 0,27 - 0,27 0,27 0,27 - - 0,27 0,27 0,27 + + + 0,27 0,27 0,27 + - - + 0,27 0,27 0,27 + - - + - 0,27 0,27 0,27 - - + + + - 0,27 0,27 0,27 - + - - + - + 0,27 0,27 0,27 + 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 10 + +ω 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 11 + -ω 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 12 + +ω 0 0 -0,73 0,75 -0,73 13 + -ω 0 0 -0,73 0,75 -0,73 14 + 0 +ω 0 0 -0,73 -0,73 0,75 15 + 0 -ω 0 0 -0,73 -0,73 0,75 491 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV b a c Hình 2: Sơ đồ khuôn thí nghiệm (a), METL YH32 (b) thiết bị thu thập & xử lý số liệu Kyowa (c) 3.2 Kết thí nghiệm bàn luận a) Kết thí nghiệm Các tác giả tiến hành đo chiều sâu vuốt tương đối sau lần dập ba vị trí khác lấy giá trị trung bình (hình 3) Lực dập thu nhờ thiết bị thu thập xử lý số liệu Kyowa Các số liệu thực nghiệm ghi vào bảng Bảng 4: Các kết thí nghiệm x1’ x2’ x3’ y (%) y2 (Tấn) + 0,27 0,27 0,27 63 - - 0,27 0,27 0,27 65 9,5 + - - 0,27 0,27 0,27 64 + + + + 0,27 0,27 0,27 62,5 11 + + - - + 0,27 0,27 0,27 66 10 + + - - + - 0,27 0,27 0,27 65,5 - - - + + + - 0,27 0,27 0,27 59 7,5 + - + - - + - + 0,27 0,27 0,27 62 7,8 + 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 64 8,5 10 + +ω 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 61 9,3 11 + -ω 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 58 7,6 12 + +ω 0 0 -0,73 0,75 -0,73 65 8,6 13 + -ω 0 0 -0,73 0,75 -0,73 58,5 9,2 14 + 0 +ω 0 0 -0,73 -0,73 0,75 57 11,2 15 + 0 -ω 0 0 -0,73 -0,73 0,75 66 8,2 N0 x x1 x2 x3 x1x + + - - - - + + + + - + - + + - + - + + + + + - - + - + x 1x x 2x x 1x 2x Bằng tính toán theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [2], hàm mục tiêu toán xây dựng có dạng sau: 𝑦𝑦1 = 60,5 + 0,99𝑥𝑥2 − 1,5𝑥𝑥1 𝑥𝑥3 − 0,875𝑥𝑥2 𝑥𝑥3 + 1,4𝑥𝑥22 + 1,23𝑥𝑥32 𝑦𝑦2 = 8,56 + 0,48𝑥𝑥1 + 0,9𝑥𝑥3 + 0,525𝑥𝑥1 𝑥𝑥2 + 0,55𝑥𝑥32 492 (2) (3) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Các hàm kiểm tra, đáp ứng tính hữu dụng hàm hồi quy a b Hình 3: Sản phẩm sau dập vuốt (a) vị trí đo chiều sâu dập (b) b) Bàn luận kết thí nghiệm * Ảnh hưởng thông số công nghệ tới chiều sâu dập vuốt tương đối Từ phương trình 2, ta xem xét ảnh hưởng yếu tố đến chiều sâu dập vuốt tương đối Ta có: y1 (x 1, 1, 1) = 63,25 – 1,5x (2a) y1 (1, x2, 1) = 60,23 + 0,115x + 1,4𝑥𝑥22 (2b) y1 (1, 1, x 3) = 62,89 – 2,375x + 1,23𝑥𝑥32 (2c) Các phương trình 2a, 2b 2c cho thấy yếu tố có ảnh hưởng lớn đến chiều sâu dập vuốt tương đối chiều dày tương đối ∆𝑠𝑠 vật liệu (do mã x có hệ số dương lớn nhất), tiếp đến hệ số ma sát (mã x có hệ số mang dấu âm hệ số mang dấu dương) Áp lực ép biên có ảnh hưởng (hệ số mã x mang dấu âm) Bài báo sử dụng phương pháp leo dốc Box – Wilson tìm giá trị tối ưu theo mô tả hàm mục tiêu y = 66,5% (x , x , x ) = (-1,215, 1,215, 1,215) Tức là: (p eb , ∆𝑠𝑠, 𝜇𝜇) = (1MPa, 1,57%, 0,22) * Ảnh hưởng thông số công nghệ tới lực dập vuốt Từ phương trình ta có: y2 (x 1, 1, 1) = 10 + x (3a) y2 (1, x2, 1) = 10,49 + 0,525x (3b) y2 (1, 1, x 3) = 9,565 + 0,9x + 0,55𝑥𝑥32 (3c) Các phương trình 3a, 3b, 3c cho thấy hệ số ma sát có ảnh hưởng lớn đến lực dập vuốt (do hệ số mã x mang dấu dương tổng hệ số lớn nhất), thứ đến áp lực ép biên (hệ số mã x dương có giá trị trung bình) Chiều dày tương đối phôi có ảnh hưởng tới lực dập vuốt (do hệ số mã x dương có giá trị nhỏ nhất) Bài báo sử dụng phương pháp leo dốc Box – Wilson tìm giá trị tối ưu theo mô tả hàm mục tiêu y = 11,8 Tấn (x , x , x ) = (1,215, 1,215, 1,215) Tức là: (p eb , ∆𝑠𝑠, 𝜇𝜇) = (13,1MPa, 1,57%, 0,22) KẾT LUẬN Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tác giả xây dựng hàm mục tiêu mô tả ảnh hưởng phối hợp yếu tố công nghệ: áp lực ép biên, chiều dày tương đối vật liệu hệ số ma sát đến chiều sâu dập vuốt tương đối lực dập vuốt lớn tạo hình thép 1X18H9T Các phương trình hồi quy cho biết mức độ ảnh hưởng yếu tố đến hàm mục tiêu cho phép xác định giá trị tối ưu yếu tố dập vuốt 493 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Văn Phong, Nguyễn Trường An, Tạ Đình Xuân Công nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB Quân đội nhân dân, 2015 [2] Nguyễn Minh Tuyển Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, 2005 [3] T Altan, A.E Tekkaya Sheet Metal Forming—Fundamentals, ASM International, 2012 [4] R Padmanabhan, M.C Oliveira, J.L Alves, L.F Menezes Influence of process parameters on the deep drawing of stainless steel, Finite Elements in Analysis and Design, 2007, Vol 43, p 1062 – 1067 THÔNG TIN TÁC GIẢ Lê Trọng Tấn, giảng viên, Bộ môn Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân Email: tan.letrong82@gmail.com DĐ: 098.4289.855 Nguyễn Mạnh Tiến, giảng viên, Bộ môn Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân Email: Manhtiennguyen84@gmail.com DĐ: 097.7817.623 Nguyễn Trường An, Chủ nhiệm Bộ môn Gia công áp lực, Học viện Kỹ thuật quân Email: Truonganomd@gmail.com DĐ: 097.5280.976 494