LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY DESIGN OF FORMING TECHNOLOGY OF W TYPE ELASTIC RAIL CLIP FOR RAIL FASTENER GVHD: PGS.TS NGUYỄN NGỌC HÀ SVTH: LÊ MINH SANG MSSV:1712929 Thành phố Hồ Chí Minh, 8/2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY DESIGN OF FORMING TECHNOLOGY OF W TYPE ELASTIC RAIL CLIP FOR RAIL FASTENER GVHD: PGS.TS NGUYỄN NGỌC HÀ SVTH: LÊ MINH SANG MSSV:1712929 Thành phố Hồ Chí Minh, 8/2021 Đại học Quốc gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đại học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - -o0o - Số: /BKĐT Tp Hồ Chí Minh, Ngày 22 tháng năm 2021 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA: Công Nghệ Vật Liệu BỘ MÔN: Vật Liệu Kim Loại Hợp Kim HỌ VÀ TÊN: LÊ MINH SANG MSSV : 1712929 NGÀNH: Kỹ thuật vật liệu LỚP: VL17KL - Tên đề tài: “THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY” - Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu):      Tìm hiểu hệ thống kẹp chặt ray loại kẹp ray tương ứng Lập vẽ 2D, xây dựng mơ hình 3D cho kẹp đàn hồi W cho hệ ray 50 kg/m Thiết kế quy trình dập khn dập cho chi tiết kẹp đàn hồi W Mô khuôn phần mềm Deform Đánh giá, điều chỉnh lại thiết kế - Ngày giao nhiệm vụ: 22/2/2021 - Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 14/6/2021 - Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà - Phần hướng dẫn: Toàn phần Nội dung yêu cầu LVTN thông qua Bộ mơn CHỦ NHIỆM BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận văn: Đại học Quốc gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đại học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - -o0o - Số: /BKĐT Tp Hồ Chí Minh, Ngày 08 tháng năm 2021 -o0o - PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người hướng dẫn) Họ tên SV : LÊ MINH SANG MSSV : 1712929 Đề tài: “THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY” DESIGN OF FORMING TECHNOLOGY OF W TYPE ELASTIC RAIL CLIP FOR RAIL FASTENER Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà Tổng quát thuyết minh: Số trang : 80 Số chương :5 Số bảng số liệu : 12 Số hình vẽ :71 Số tài liệu tham khảo : 18 Phần mềm tính tốn: Solidworks, Deform3D Hiện vật (sản phẩm) :0 Tổng quát vẽ: - Số vẽ :0 - Số vẽ tay :0 A0: A1: khổ khác: vẻ A3 Số vẽ máy tính: Những ưu điểm LVTN : - Dù đề tài tương đối so với kiến thức chuyên ngành học, sinh viên có nhiều nỗ lực để thực hoàn thành tốt nhiệm vụ giao luận văn - Những thông tin tổng quan liên quan đến đề tài thực đầy đủ - Đã lựa chọn hợp lý phương án tạo hình thiết kế quy trình dập nóng cho cóc đàn hồi W mang tính khả thi - Thực mơ thiết kế phần mềm DEFORM Đã điều chỉnh lại thiết kế từ kết mơ Nhìn chung thiết kế cuối hợp lý - Đã thiết kế sơ ba khn dập nóng để tạo hình cóc đàn hồi W Những thiếu sót LVTN : - Do hạn chế thời gian nên chưa thể thiết kế hồn chỉnh khn tạo hình, bao gồm chi tiết, phụ kiện khn - Cịn số điểm chưa hợp lý vẽ Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không bảo vệ  Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng: 1) Trình bày tiêu chí để phân biệt biến dạng biến dạng khối ? Đánh giá chung cho sinh viên Lê Minh Sang (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Giỏi Điểm _9.0 /10 Ký tên PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà Đại học Quốc gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đại học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o Tp Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm Số: /BKĐT -o0o - PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người phản biện) Họ tên SV : LÊ MINH SANG MSSV : 1712929 Đề tài: “THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI KẸP ĐÀN HỒI W CHO PHỤ KIỆN LIÊN KẾT RAY” DESIGN OF FORMING TECHNOLOGY OF W TYPE ELASTIC RAIL CLIP FOR RAIL FASTENER Họ tên người phản biện: Tổng quát thuyết minh: Số trang : 80 Số chương :5 Số bảng số liệu : 12 Số hình vẽ : 71 Số tài liệu tham khảo : 18 Phần mềm tính tốn : Solidworks, Deform3D Hiện vật (sản phẩm) :0 Tổng quát vẽ: - Số vẽ :0 - Số vẽ tay :0 A0: A1 khổ khác: vẽ A3 Số vẽ máy tính: Những ưu điểm LVTN : Những thiếu sót LVTN : Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không bảo vệ  Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng (CBHD 02 câu): Đánh giá chung cho sinh viên Lê Minh Sang (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm /10 Ký tên LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp kết tổng hợp nhiều kiến thức học, tìm hiểu kiến thức để giải vấn đề thực tế Không thế, Luận văn tốt nghiệp giúp cho sinh viên trau dồi kỹ năng, kiến thức trước làm việc với thực tế Để hoàn thành Luận văn thiếu giúp đỡ nhiều nguồn khác Vì vậy, lời em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP HCM cố gắng tạo điều kiện tốt cho trình học tập em Em chân thành cảm ơn Thầy, Cô dạy đại cương, Thầy cô khoa Công nghệ Vật liệu cung cấp cho em nhiều kiến thức hay, lời khuyên quý báu để em bước tiếp cận với ngành Kỹ thuật Đặc biệt ngành Kỹ thuật vật liệu - Vật liệu Kim loại Hợp kim Em xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Ngọc Hà dành quỹ thời gian quý báu để tận tâm hướng dẫn, định hướng giúp em hồn thành luận văn Chúc Thầy có nhiều sức khỏe, thành công sống Cuối em xin chân thành cảm ơn Ba, Mẹ nuôi ăn học đến ngày hôm Cảm ơn bạn bè người thân không ngừng động viên giúp đỡ lúc em khó khăn để em có ngày hôm Sinh viên thực Lê Minh Sang i TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn q trình từ dựng chi tiết kẹp W đến thiết kế kích thước biến dạng Từ có liệu ban đầu để thiết kế, mô Dựa vào mô để đánh giá, điều chỉnh thiết kế đạt kết tốt Bài luận văn gồm chương nói rõ nội dung đây: Chương 1: Giới thiệu, phân loại số loại hệ thống kẹp đường ray phổ biến thị trường Đồng thời nêu lên thực trạng sản xuất nhu cầu sử dụng nước Từ đó, xây dựng mục tiêu nội dung đề tài Chương 2: Giới thiệu khái quát sở lý thuyết trình rèn dập Chương 3: Xây dựng vẽ 2D, 3D; lựa cho phương pháp thiết kế; phương pháp tạo hình thiết kế khuôn sơ Chương 4: Ứng dụng phần mềm mô Deform-3D để đánh giá điều chỉnh thiết kế Chương 5: Đưa kết luận trình thực luận văn đề xuất kiến nghị để phát triển đề tài tương lai ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG x Chương 1.1 TỔNG QUAN Giới thiệu hệ thống kẹp chặt đường ray 1.1.1 Lịch sử hệ thống kẹp chặt đường sắt 1.1.2 Mục đích sử dụng chi tiết kẹp ray: 1.1.3 Yêu cầu tương thích thành phần 1.1.4 Các đặc tính kẹp ray 1.2.Phân loại hệ thống kẹp chặt đường ray 1.2.1 Phân loại theo vật liệu 1.2.2 Phân loại theo liên kết 1.3 Đặt vấn đề 10 1.4 Mục tiêu luận văn 10 1.5 Nội dung luận văn 11 Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ RÈN DẬP 12 2.1 Giới thiệu công nghệ rèn dập 12 2.2 Phân loại 12 2.2.1 Nhiệt độ rèn 12 2.2.2 Mức độ biến dạng phôi dập 14 2.3 Thiết bị cho trình rèn: 17 iii Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Phương án điều chỉnh 2: Phần khuôn khoét vị trí sâu 1mm (Nếu khoét sâu khơng lấy phơi sau hồn thiện), hệ số ma sát thiết kế theo kiểu ổ trượt nửa ướt (hệ số ma sát: 0.15): Hình 19 Thiết kế đầu tạo hình phương án Kết quả: Kích thước mặt cắt phơi theo phương khu vực nhỏ nhất: (11.68, 12.92mm) 66 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Hình 20 Tiết diện nhỏ phơi theo phương án Phương án điều chỉnh 3: Kết cấu điều chỉnh dạng tròn trơn, thiết kế dạng ổ trượt nửa ướt (hệ số ma sát 0.15mm) Hình 21 Thiết kế đầu tạo hình theo phương án Kết mơ phỏng: Kích thước mặt cắt phơi theo phương khu vực nhỏ nhất: (9 11.90, 12.97mm) 67 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Hình 22 Tiết diện nhỏ theo phương án Nhận xét: Dựa vào kết điều chỉnh hình dạng hệ số ma sát khn phương án đảm bảo kích thước phơi chảy ít, tiết diện đảm bảo Kết mô khuôn theo phương án tốt nhất: Kết chi tiết mô bước (theo phương án 3) Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình phơi sau hồn thiện bước 779°C Hình 23 Nhiệt độ phơi sau bước dập Nhận xét: Nhiệt độ trung bình phơi 779°C nhỏ nhiệt độ cho phép để rèn tiếp bước (850°C) nên xem xét đến nâng nhiệt phôi 68 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Kích thước chung: Hình 24 Kích thước bên ngồi phơi Nhận xét: Kích thước phơi theo phương Z có độ lệch khơng q lên (1.49mm) nên xem phơi nằm ngang Hình 25 Vị trí cắt phân tích phơi sau bước 69 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Tiết diện: Bảng Kích thước tiết diện chi tiết số chi tiết Đường thẳng thứ Đường thẳng thứ Theo Theo Theo Theo Theo Theo phương ox phương oy phương phương ox phương oy phương (mm) (mm) oz (mm) (mm) (mm) oz (mm) Vị trí 11.92 12.89 12.95 13.02 Vị trí 12.75 13.05 12.45 13.15 Vị trí 12.12 12.75 12.9 13.05 Vị trí 12.73 13.13 Vị trí 12.75 13.07 Vị trí cắt Nhận xét: Qua số mặt cắt phôi sau dập kích thước phương án cải thiện nhiều tăng đáng kể, kích thước phơi nhỏ 11.92mm, nhiên tiết diện theo phương vng góc cịn lại đảm bảo (12.75mm) Vậy phôi dập bước dựng solidwork dựa tiết diện mặt cắt Hình 26 Phơi cho bước dập 70 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế 4.6 Mô bước 4.6.1 Điều kiện mơ (Thơng số đầu vào) Kích thước phôi: lấy từ mô Nhiệt độ bước giảm thấp nhiệt độ cho phép (850°C) để dập nóng nên cần nung lên nhiệt độ 900°C Bảng Điều kiện vào khuôn dập bước Điều kiện Phôi Khuôn Khuôn Vật liệu SUP3 SKD61 SKD61 Nhiệt độ (°C) 1130 35 35 Chia lưới 50000 100000 100000 Hệ số ma sát với phôi Rèn nóng, có bơi Rèn nóng, có bơi trơn: 0.3 trơn: 0.3 Hệ số truyền nhiệt với phôi 11 11 0.02 Hệ số truyền nhiệt với môi trường Tốc độ di chuyển (mm/s) Khoảng cách di chuyển so với khuôn 5mm/s 25.01mm Số bước mô 26 Nhiệt độ môi trường (°C) 35 4.6.2 Kết mô Dựa vào kết mô khác nhiều thiết kế (khn khơng kht rãnh tạo hình có) Thì kết phơi sau hồn thiện có tiết diện nhỏ tương đương Nhưng xét tiết diện phơi có tiết diện trịn khn có rãnh hợp lý 71 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Hình 27 Kích thước nhỏ khn khơng rãnh tạo hình Hình 28 Kích thước nhỏ khn có rãnh tạo hình Kết mơ khn tạo rãnh Kích thước chung Bảng So sánh số kích thước so với sản phẩm mục tiêu Khoảng cách Kích thước Chiều rộng Chiều dài Chiều cao Thiết kế 140±2mm 82+2mm 30±1mm 55±2mm Sau rèn 140.46mm 82.64mm 30.43mm 55.56mm Đánh giá Đạt Đạt Đạt Đạt Kích thước khác: 72 hai đầu tiếp xúc ray Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Kích thước phôi chi tiết bị thiếu đoạn 2.51mm nên điều chỉnh kích thước phơi vị trí tăng thêm đến kích thước tương ứng Hình 29 Thiếu kích thước khn Nhận xét: Kích thước phôi gần phù hợp với thiết kế ban đầu phần cong bên thiếu 2.51mm không đạt yêu cầu sai số nên điều chỉnh cung cong thêm 2.5 mm để đảm bảo thiết kế Tiết diện phôi: Bảng Kích thước của chi tiết cuối Kích thước đường Vị trí Theo Theo Kích thước đường Theo Theo Theo Theo phương ox phương oy phương oz phương ox phương oy phương oz Vị trí _ 12.02mm 12.09mm Vị trí _ 12.89mm 12.15mm 73 _ 12.03mm 12.98mm 13.03mm 12.90mm Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Vị trí 13.19mm 13.2mm Vị trí 12.84mm 12.75mm Hình 30 Vị trí cắt sản phẩm Nhận xét: Dựa vào bảng 4.9 đường kính số vị trí mặt cắt có kích thước giảm q mong muốn so với kích thước yêu cầu đặt (13±0.3mm) Điều chỉnh hình dạng phơi ban đầu Phơi dập sau bước Hình 31 Phơi dập u cầu sau bước 74 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Hình 32 Kích thước phôi yêu cầu sau bước 4.7 Đánh giá thiết kế Qua nhiều lần mô phỏng, ta nhận thấy rằng: Nếu thay đổi mơ hình hình học hay điều kiện biên nhận kết khác Vì vậy, việc chọn phương án tối ưu tốn nhiều thời gian để thiết kế khuôn chạy mô Tiết diện phôi gia công bị chảy q trình uốn cong mà cịn bị chảy lực ma sát khuôn với phôi Ma sát lớn phơi bị chảy nhiều Phần tiết diện tiếp xúc với phơi nhỏ làm cho kích thước phơi giảm Nhìn chung, so sánh với kích thước sản phẩm sau dập nằm khoảng sai số cho phép Tuy nhiên, đường kính phôi số khu vực giảm mong muốn ban đầu (13±0.3mm) Tuy điều chỉnh thiết kế khuôn, thơng số có lợi để giảm sai lệch kích thước đường kính chưa hiệu Kích thước đường kính khu vực nhỏ khoảng 12.03mm Từ kết cho thấy, việc sử dụng phần mền mô bước đắn để kiểm tra thiết kế công nghệ Nhờ vào phần mền mô phỏng, ta dự đón khả thực q trình, từ đưa phương pháp xử lý khắc phục kịp thời 75 Chương 4: Mô phần mềm deform-3D điều chỉnh thiết kế Từ phần mềm mơ phỏng, giảm chi phí xây dựng thử nghiệm cơng nghệ Ta đón phương án bất khả thi loại bỏ trước, tiết kiện tiền thời gian Nguyên nhân: Hình 33 Kích thước chiếu cạnh thiết kế ban đầu Bán kính 15mm nhỏ hai cung cịn lại 120mm 40mm nên diện tích tiếp xúc nhỏ làm cho phôi bị lún sâu Đồng thời vị trí này, phơi chịu tác động lực kéo làm phơi giảm kích thước ma sát Làm cho tiết diện khu vực giảm nhiều so với khu vực lại 76 Chương 5: Kết luận kiến nghị Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn thực đầy đủ nhiệm vụ yêu cầu đặt ban đầu Bắt đầu từ đưa sở lý thuyết, phân tích chi tiết cần dập tính tốn số liệu ban đầu dự kiến phơi Q trình mơ điều chỉnh thiết kế, đưa giả thuyết để điều chỉnh thiết kế nhiều nhằm tạo phôi có kích thước phơi hiệu Tuy nhiên, cần kiểm tra lại nhiều lần để đưa vào thực tiễn để sản xuất Các thông số thiết kế ban đầu mô sai số nhiều, từ phôi ban đầu bước Lý thuyết tính tốn dựa hình dạng phơi, khơng đánh giá trình chảy chi tiết (ảnh hưởng ma sát, tốc độ biến dạng phôi) Vì vậy, việc ứng dụng phần mềm mơ đem lại nhiều lợi ích lớn, đánh giá tượng xảy phơi thơng số thiết kế khác Từ đó, chi tiết sản xuất lần đầu để đưa kết tốt dự đốn trường hợp xảy để có biện pháp ngăn ngừa Sản phẩm kẹp cuối có vài khu vực tiết diện có đường kính khơng đảm bảo với thiết kế ban đầu đề Công việc thiết kế mô luôn song hành nhằm hỗ trợ lẫn kết tối ưu thời gian ngắn 5.2 Kiến nghị Trong luận văn này, lần đầu em tiếp xúc nên nhiều bỡ ngỡ phần mềm định hướng ban đầu nên tốn nhiều thời gian mô Vì vậy, cần nghiên cứu thêm để tối ưu thời gian mô cho hiệu quả, đặc biệt chi tiết phức tạp Cần tìm giải pháp tốt để tối ưu hóa tiết diện phôi dập, nhue dựng lại phôi để có bước mơ tốt 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] American-Rails.com: Railroads In America, U.S History https://www.american-rails.com/spike.html [2] Agico Group: More about Rail fastening system http://www.railway-fasteners.com/news/more-about-rail-fastening-system.html [3] Aveng Infraset: Pandrol Fastclip https://www.infraset.co.za/products/railway-products/fastening-systems/pandrolfastclip [4] Railsystem.net: Everything about rail system http://www.railsystem.net/rail-fastenings/ [5] Hebei yisin fastener co.t.l: Rail fastening systems http://www.jzyxfastener.com/rail_fastening_systems/581.html [6] https://www.infraset.co.za/products/railway-products/fastening-systems/pandrolfastclip [7] Trang vàng Việt Nam Com: Dịch vụ thiết kế rèn, dập https://trangvangvietnam.com/sp/4699/dich-vu-ren,-dap-nong -forging.html [8] Nguyễn Ngọc Hà Tài liệu giảng dạy Trường đại học Bách Khoa [9] Shanghai Yueqi Industrial Co., Ltd :P50 50kg railway steel rail [10] GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Ngơ Trí Phúc Sổ tay thép giới Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2006 (trang 323,324) [11] Lê Trung Kiên, Lê Gia Bảo Thiết kế chế tạo khuôn dập Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, năm 2015 (trang 79,80) 78 [12] Matija Zorc, Ales Nagode, Milan Bizjak, Borut Zorc Decarburization of the Carbon Stell C45 During Annealing in Air Original scientific paper, in 2018 (eq1) [13] Ninh Đức Tốn Sổ tay Dung sai lắp ghép Nhà xuất Giáo Dục, năm 2005 (Chương 1) [14] Taylan Altan, Gracious Ngaile, Gánghu Shen Cool and hot forging: Fundamentals and application ASM international, 2005 (trang 163) [15] c Hagart- Alexxander, Chapter 21, table 21.1 Temperature Measurement Instrumentation referent book, 2010 [16] Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Lộc Thiết kế đúc Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1978 [17] SUP7 Spring Steel-Japanese Steel Material Grade-JIS G4053 https://www.otaisteel.com/products/spring-steel-sup7/ [18] Lê Nhương Kỹ thuật rèn dập nóng Nhà xuất công nhân Kỹ Thuật, 1968 79 PHỤ LỤC: BẢN VẼ CHI TIẾT CÁC KHUÔN DẬP 80