Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng vỏ mỏng

Vietnam J. Agri. Sci. 2016, Vol. 14, No. 9: 1435-1440 Tạp chí KH Nông nghiệp Việt Nam 2016, tập 14, số 9: 1435-1440 
www.vnua.edu.vn 
1435 
MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP THỦY CƠ CHI TIẾT DẠNG VỎ MỎNG 
Nguyễn Thị Thu Trang 
Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam 
Email: ntttrang.cd@vnua.edu.vn 
Ngày gửi bài: 25.01.2016 Ngày chấp nhận: 12.07.2016 
TÓM TẮT 
Gia công kim loại bằng áp lực là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí. Công nghệ này cho phép tạo ra các 
sản phẩm có hình dáng và kích thước phức tạp. Trong đó, dập thủy cơ là phương pháp dập đặc biệt. Trong những 
năm gần đây, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong việc tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức 
tạp trong các ngành công nghiệp hàng không và ô tô bởi nó có nhiều ưu điểm so với các phương pháp dập vuốt 
thông thường.. Tuy nhiên, ở Việt Nam cho đến nay việc thiết kế công nghệ dập thủy cơ chủ yếu dựa vào kinh 
nghiệm. Bài báo dưới đây, tác giả ứng dụng phần mềm Eta/Dynaform vào việc mô phỏng quá trình dập thủy cơ chi 
tiết dạng vỏ mỏng với mục đích tối ưu hóa công nghệ dập thủy cơ. 
Từ khóa: Gia công kim loại bằng áp lực, công nghệ dập thủy cơ, mô phỏng số. 
Numerical Simulation of Hydroforming Process for Thin Products 
ABSTRACT 
Metal forming is a basic mechanical industry. It allows the manufacturing products with complex shapes and 
size. Hydroforming process is a special drawing method. In the last years, this method is often used for forming of 
thin products with complicated geometry in the airplane and automotive manufature, because it has many 
advantages compared with conventional deep drawing process. Nevertheless, at present in Vietnam the 
hydroforming design is largely based on the experience. In this paper, the author apply software Eta/Dynaform for 
simulation ò the hydroforming process of thin product to optimeze the deep drawing hydroforming process. 
Keywords: Metal forming, hydroforming process, the numerical simulation. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình nhờ 
vào chất lỏng cao áp làm biến dạng phôi tấm khi 
dụng cụ gia công chuyển động tác dụng lên phôi 
(Hình 1). Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn 
giống với phương pháp dập vuốt thông thường, 
chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo 
ra sự bôi trơn thủy động (Phạm Văn Nghệ, 
2006; Đinh Văn Phong và cs., 2008). 
Có 2 cách tạo ra đối áp: Cách thứ nhất là 
chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn, khi đầu 
trượt đi xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra 
đối áp. Cách thứ 2 là bơm trực tiếp chất lỏng có 
áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất sẽ được điều 
khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp. 
Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày 
(tránh được hiện tượng mất ổn định), giảm ma 
sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng 
bôi trơn). Phôi không tiếp xúc với góc lượn cối 
nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều 
dày thành cũng đồng đều hơn, qua đó làm tăng 
tuổi thọ của khuôn do giảm hiện tượng mòn. 
Nhờ những ưu điểm nổi bật trên, phương pháp 
dập thủy cơ đã và đang được ứng dụng rất rộng 
rãi tại các nước công nghiệp phát triển như: Mỹ, 
Nhật, Nga, Đức trong việc chế tạo các chi tiết vỏ 
mỏng có hình dáng phức tạp như vỏ ô tô, ống xả, 
Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng vỏ mỏng 
1436 
vỏ đạn pháo, (Phạm Văn Nghệ, 2006; Phạm 
Văn Nghệ và Nguyễn Như Huynh, 2005). 
Một trong những phương pháp nhằm tối ưu 
hóa quá trình tạo hình là mô phỏng số. Phương 
pháp này được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưu 
điểm nổi bật như giảm chi phí thử nghiệm, nâng 
cao chất lượng sản phẩm, (Nguyễn Trọng Giảng 
và Nguyễn Việt Hùng, 2003; Hallquist, 1998). 
Hình 2 là quy trình công nghệ sản xuất 
thực tế có sử dụng công nghệ ảo để trợ giúp 
nhằm tối ưu hóa các thông số kỹ thuật. 
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
2.1. Mô hình vật liệu 
Việc đưa ra mô hình chính xác thể hiện ứng 
suất của vật liệu phôi trong quá trình biến dạng 
mang một ý nghĩa quyết định đối với kết quả 
của quá trình mô phỏng. 
Vật liệu được sử dụng trong mô phỏng kí hiệu 
là SUS 304 với các thông số tương ứng (Bảng 1, 2). 
Đồ thị hình 3 cho thấy mối quan hệ giữa 
ứng suất tạo hình và hệ số biến dạng của kim 
loại. Quá trình gia công được thực hiện bởi dụng 
cụ gia công nên việc đưa vào các thông số vật 
liệu cho dụng cụ gia công cũng cần thiết trong 
quá trình mô phỏng. Tuy nhiên có thể coi chày 
và cối chịu biến dạng đàn hồi không đáng kể. 
Thông số vật liệu cho dụng cụ gia công (Nguyễn 
Trọng Giảng, Nguyễn Việt Hùng, 2003; Lê 
Trọng Tấn, Đinh Văn Mão, Đinh Bá Trụ, 2010). 
- Khối lượng riêng: 7.850 kg/m3; 
- Mô đun đàn hồi: 210 Gpa; 
- Hệ số Poisson: 0,29. 
 Hình 1. Sơ đồ dập thủy cơ 
 Hình 2. Tối ưu hóa quá trình dập thủy cơ bằng phương pháp “công nghệ ảo”
 Pa 
Nguyễn Thị Thu Trang 
1437 
Bảng 1. Thành phần hóc học và cơ tính của thép SUS304 (Lê Công Dưỡng, 1996) 
Vật 
liệu 
Thành phần hóa học (%) Cơ tính 
Trạng thái 
C Cr N Khác b (Mpa) 0,2 (Mpa)  (%) 
304 ≤ 0,08 19,0 9,0 - 580 250 55 ủ 
Ghi chú: b (Mpa): giới hạn bền của vật liệu; 0,2 (Mpa): giới hạn chảy của vật liệu;  (%): Độ giãn dài tương đối của vật liệu. 
Bảng 2. Thông số vật liệu SUS 304 sử dụng trong bài toán mô phỏng 
(Nguyễn Trọng Giảng, Nguyễn Việt Hùng, 2003) 
Thông số Giá trị 
Mô đun đàn hồi, E (GPa) 207 
Chỉ số mũ biến cứng, n 3 
Hệ số poisson, ρ 0,28 
Hình 3. Đường cong ứng suất, biến dạng của thép SUS 304 
2.2. Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ 
bằng phần mềm ETA/DYNAFORM 
Mô phỏng số là phương pháp hiển thị quá 
trình biến dạng lên trên màn hình vi tính, cho 
phép ta biết được các khuyết tật xuất hiện trên 
sản phẩm, từ đó đưa ra các thông số công nghệ: 
lực chặn, kích thước chày cối  hợp lý nhất 
(Đinh Bá Trụ, 2004) 
Trong thực tế sản xuất, một khó khăn tồn tại 
từ trước tới nay là nguyên công lắp ráp khuôn rất 
khó, phải dập thử nhiều lần thì mới ra được sản 
phẩm đạt yêu cầu. Phương pháp mô phỏng số đã 
khắc phục được khó khăn trên, các thông số công 
nghệ rút ra được có độ chính xác rất cao làm đơn 
giản hoá việc lắp ráp khuôn, giảm số lần dập thử, 
thường thì chỉ cần một lần dập thử là ra được sản 
phẩm có chất lượng tốt (Đinh Bá Trụ, 2004; Đinh 
Văn Phong và cs., 2008). 
Điều kiện chuyển vị của bài toán bao gồm: 
Cối và chặn phôi đứng yên, do đó ucối = 0; 
Chày đi xuống một khoảng h ứng với chiều 
sâu dập vuốt nên uchày = h (Với u là độ dịch 
chuyển của dụng cụ). 
Sau khi xây dựng mô hình hình học (Hình 
4), tiến hành giải bài toán mô phỏng theo các 
bước như hình 5. 
Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng vỏ mỏng 
1438 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Dưới đây là một số kết quả mô phỏng quá 
trình dập thủy cơ chi tiết dạng vỏ mỏng, lấy chi 
tiết khay vô khuẩn y tế làm ví dụ, vật liệu là 
thép không gỉ SUS304, chiều dày 1,0 mm, giới 
hạn bền là 580 MPa. 
Do luôn tồn tại áp suất chất lỏng p = 60 MPa 
tác dụng vào bề mặt dưới phôi nên phôi luôn ôm 
sát vào bề mặt chày dập tạo điều kiện thuận lợi 
cho quá trình dập và đảm bảo cho sự chính xác về 
hình dạng, kích thước của sản phẩm. 
Từ hình 6 đến hình 9 thể hiện kết quả mô 
phỏng về sự biến dạng vật liệu, độ biến mỏng 
chiều dày phôi, dịch chuyển vật liệu vành chi tiết 
và ứng suất tương đương trong quá trình dập. 
Theo đó ta thấy mức độ biến dạng của vật 
liệu trên hình 6 là an toàn cho sản phẩm vì 
không xuất hiện vùng màu vàng và màu đỏ, vì 
hai vùng này sẽ làm cho vật liệu bị phá hủy liên 
kết dẫn đến hiện tượng nhăn, rách. 
Biểu đồ độ biến mỏng (Hình 7) cho thấy từ 
chiều dày 1,0 mm sản phẩm sau dập có chiều 
dày khác nhau tại các vị trí khác nhau, cụ thể vị 
trí dày nhất là 1,08 mm, vị trí mỏng nhất là 
0,88 mm. Từ đó có thể thấy chiều dày vật liệu 
biến mỏng không đáng kể và mức độ biến dạng 
đồng đều. 
Biểu đồ kéo phôi (Hình 8) cho thấy vật liệu 
phôi bị dịch chuyển lớn nhất tại vị trí màu đỏ, 
khoảng dịch chuyển là: 19,9 mm, dịch chuyển nhỏ 
nhất tại vị trí màu xanh da trời ở bốn góc nhọn 
của vành với khoảng dịch chuyển là 6,70 mm. Từ 
đó giúp cho quá trình tính toán xác định kích 
thước phôi ban đầu để đưa vào sản xuất thực tế sẽ 
được thực hiện chính xác hơn rất nhiều. 
 Với ứng suất dập thể hiện trên biểu đồ 
hình 9, cho thấy ứng suất lớn nhất là 524,95 
MPa tại vùng màu đỏ và giá trị này vẫn nhỏ 
hơn giá trị ứng suất cho phép là 580 MPa, vậy 
nên chi tiết sau dập vẫn đảm bảo chất lượng. 
Hình 4. Mô hình hình học 
và mô hình lưới phần tử 
Hình 5. Các bước giải 
bài toán mô phỏng 
Nguyễn Thị Thu Trang 
1439 
Như vậy, thông qua các giá trị phân tích, 
đánh giá về sự phân bố ứng suất, biến dạng, 
người thiết kế có thể thay đổi các thông số đầu 
vào (kết cấu dụng cụ gia công, điều kiện biên) để 
xác định được phương án công nghệ tối ưu, phục 
vụ vào sản xuất thực tế. 
4. KẾT LUẬN 
Ứng dụng mô phỏng số quá trình dập thủy 
cơ chi tiết dạng vỏ mỏng cho phép phân tích 
chính xác trạng thái ứng suất, biến dạng của 
vật liệu. Dựa vào kết quả mô phỏng người thiết 
kế có thể đánh giá tổng quát quá trình tạo hình, 
dự đoán trước chất lượng sản phẩm, đồng thời 
tránh được các ảnh hưởng xấu, các sai hỏng làm 
phá hủy vật liệu phôi trong quá trình biến dạng. 
Từ đó nhanh chóng tối ưu hóa kết cấu khuôn 
cũng như thông số biến dạng. 
Qua mô phỏng có thể khẳng định được 
những ưu điểm quan trọng của phương pháp 
dập thủy cơ: 
- Không tồn tại biến dạng cục bộ quá lớn. 
- Chi tiết luôn ôm sát vào chày dập, đảm 
bảo được hình dạng cũng như kích thước của 
sản phẩm. 
- Tạo ra ma sát thủy động trong quá trình 
dập làm cho hệ số ma sát rất nhỏ, tạo điều kiện 
thuận lợi cho việc kéo phôi vào lòng cối. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Đinh Bá Trụ (2004). Giáo trình Phương pháp phần tử 
hữu hạn trong kỹ thuật cơ khí. Nhà xuất bản Học 
viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội. 
Đinh Văn Phong, Lê Trọng Tấn và Lại Đăng Giang 
(2008). Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực ép biên 
đến quá trình dập vuốt thủy cơ. Tạp chí Khoa học 
kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân sự. 
Lê Công Dưỡng (1996). Giáo trình Vật liệu học. Nhà 
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
Lê Trọng Tấn, Đinh Văn Mão và Đinh Bá Trụ 
(2010). Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số 
tối ưu hóa biến dạng khi dập thủy cơ. Báo cáo 
Mô phỏng số quá trình dập thủy cơ chi tiết dạng vỏ mỏng 
1440 
khoa học Hội nghị Cơ học vật rắn biến dạng lần 
thứ X, Thái Nguyên. 
Nguyễn Trọng Giảng, Nguyễn Việt Hùng (2003). Giáo 
trình ANSYS và mô phỏng số trong công nghiệp 
bằng phần tử hữu hạn. Nhà xuất bản Khoa học và 
Kỹ thuật, Hà Nội. 
Nguyễn Tất Tiến (2004). Giáo trình Lý thuyết biến 
dạng dẻo kim loại. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 
Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Như Huynh (2005). Giáo 
trình ma sát và bôi trơn trong gia công áp lực. Nhà 
xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội. 
Phạm Văn Nghệ (2006). Giáo trình Công nghệ dập thủy 
tĩnh. Nhà xuất bản Đại học Bách Khoa, Hà Nội 
Hallquist, John O (1998). LS - DYNA Theoretical 
Manual. Livermore Software Technology 
Corporation, Livermore.