Hcmute thiết kế, chế tạo khuôn tạo hình ống kim loại thông qua vật liệu đàn hồi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THƠNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2020-115 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THƠNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI SV2020 - 115 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Quốc Lộc Tiến MSSV : 16143149 TP Hồ Chí Minh, 8/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THÔNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI SV2020 - 115 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Quốc Lộc Tiến Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16143CL1, Khoa ĐT CLC Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Người hướng dẫn: TS Trần Anh Sơn TP Hồ Chí Minh, 8/2020 Luan van MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vii CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.2.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Cơ sở phương pháp luận 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.4.1 Dập thủy tĩnh phôi ống kim loại 1.4.2 Phương pháp kéo ống kim loại 11 1.4.3 Máy ép thủy lực 12 1.4.4 Cảm biến tải (Loadcell) 18 1.4.5 Đầu cân điện tử (Digital indicator) 21 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 23 2.1 Quá trình tạo phình ống sử dụng chày cao su 23 2.1.1 Giới thiệu 23 2.1.2 Các phương pháp tạo hình ống kim loại 24 2.2 Vật liệu kim loại 36 2.2.1 Phân loại 36 2.2.2 Thép cacbon 37 2.2.3 Thép C45 41 2.2.4 Đồng thau 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THƠNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI 45 3.1 Phương án thiết kế 45 3.1.1 Lựa chọn phương án cấu tạo khuôn 45 3.1.2 Thiết kế bạc định hình 51 i Luan van 3.2 Qui trình thiết kế, gia công lắp ráp khuôn 53 3.2.1 Thiết kế khuôn phần mềm Autodesk Inventor 2019 53 3.2.2 Mô nguyên lý hoạt động phần mềm Ansys 16 68 3.2.3 Tiến hành gia công lắp ráp khuôn 73 3.3 Sản phẩm thực tế sử dụng khn tạo hình kim loại ống 84 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 87 4.1 Các lỗi thường gặp thí nghiệm 87 4.2 Kết thí nghiệm nhận xét 88 4.2.1 Thông số lực: 89 4.2.2 Thông số %R: 90 4.2.3 Thông số Linsert: 92 4.2.4 Thơng số hành trình ép L mẫu 1: 93 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 ii Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các sản phẩm khn ép Hình 1.2 Chi tiết mối nối đường ống dẫn .4 Hình 1.3 Thân thiết bị chịu áp lực Hình 1.4 Trục bậc rỗng Hình 1.5 Trục cam lệch tâm rỗng Hình 1.6 Trục khuỷu rỗng Hình 1.7 Chi tiết khung xe đạp Hình 1.8 Chi tiết có nếp gấp ngang Hình 1.9 Chi tiết cầu sau oto Hình 1.10 Các chi tiết dạng khác Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh tải trọng đơn Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh tải trọng kết hợp Hình 1.13 Các sơ đồ dập thủy tĩnh với ép phôi theo tiết diện ngang .9 Hình 1.14 Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi ép trục bổ sung 10 Hình 1.15 Sơ đồ dập thủy tĩnh ép trục uốn cong phôi theo phương ngang .11 Hình 1.16 Sơ đồ phương pháp kéo .12 Hình 1.17 Sơ đồ máy kéo sợi kéo thẳng .12 Hình 1.18 Máy ép thủy lực 13 Hình 1.19 Máy ép thủy lực hoạt động điện 14 Hình 1.20 Máy ép thủy lực hoạt động tay 15 Hình 1.21 Máy ép thủy lực chữ H 15 Hình 1.22 Máy ép thủy lực chữ C 16 Hình 1.23 Con đội thủy lực 17 Hình 1.24 Sơ đồ hoạt động kích thủy lực 17 Hình 1.25 Cấu tạo strain gauge 19 Hình 1.26 Mạch cầu Wheatstone 19 Hình 1.27 Loadcell RNT LP7130 21 Hình 1.28 Loadcell RNT LP7130 kèm kit mounting rời 21 iii Luan van Hình 1.29 Bàn cân điện tử 21 Hình 1.30 Đầu cân điện tử LP7516 22 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý quy trình phình đáy ống 24 Hình 2.2 Ống biến dạng hoàn toàn 25 Hình 2.3 Ống bị thắt lực dọc trục lớn .26 Hình 2.4 Biểu đồ lực ép cần thiết 26 Hình 2.5 Mối quan hệ chiều dài chày cao su áp suất 27 Hình 2.6 Mối quan hệ áp suất chiều dày ống 28 Hình 2.7 Sự phân bố chiều dày ống biến dạng .28 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý quy trình phình 29 Hình 2.9 Ống phình 30 Hình 2.10 Biểu đồ biến dạng theo chu vi .31 Hình 2.11 Biểu đồ biến dạng dài 31 Hình 2.12 Biểu đồ biến dạng theo chiều dày .32 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý quy trình tạo phình ống nhánh T 33 Hình 2.14 Các giai đoạn biến dạng 34 Hình 2.15 Biểu đồ lực dọc trục 34 Hình 2.16 Biểu độ phân bố chiều dày 35 Hình 2.17 Ảnh hưởng C tính thép 37 Hình 2.18 Thép cacbon công dụng .39 Hình 2.19 Thép cacbon kết cấu 40 Hình 2.20 Thép cacbon dụng cụ 41 Hình 2.21 Thép C45 41 Hình 2.22 Thành phần hóa học thép C45 42 Hình 2.23 Đặc tính học thép C45 42 Hình 2.24 Chỉ số cấp bền thép C45 .42 Hình 2.25 Ống đồng thau .43 Hình 2.26 Ống chữ T chế tạo từ đồng thau 44 Hình 3.1 Cấu tạo khn phương án 45 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương án 46 iv Luan van Hình 3.3 Đồ án máy dập sinh viên K15 .48 Hình 3.4 Khn sau lắp lên máy 49 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý phương án 50 Hình 3.6 Bạc định hình mẫu 51 Hình 3.7 Bạc định mẫu 52 Hình 3.8 Bạc định hình mẫu 52 Hình 3.9 Phần mềm Inventor Professional 2019 53 Hình 3.10 Tấm chặn dạng Wireframe 54 Hình 3.11 Tấm chặn dạng Wireframe 56 Hình 3.12 Bạc lót ngồi dạng Wireframe .58 Hình 3.13 Bạc tạo hình trơn Ø50 dạng Wireframe 60 Hình 3.14 Bạc tạo hình Ø50 có góc vát dạng Wireframe 61 Hình 3.15 Bạc tạo hình trơn Ø58 dạng Wireframe 62 Hình 3.16 Bạc tạo hình cắt đơi dạng Wireframe 63 Hình 3.17 Chày ép Ø47.8 dạng Wireframe 64 Hình 3.18 Chày ép Ø50 dạng Wireframe .65 Hình 3.19 Cây chống dạng Wireframe 66 Hình 3.20 Viên chêm dạng Wireframe .67 Hình 3.21 Bạc trượt trịn có vai 67 Hình 3.22 Gối đỡ ray trượt 68 Hình 3.23 Bu lông lục giác M5 68 Hình 3.24 Phần mềm Ansys 16 69 Hình 3.25 Diện tích mặt tối thiểu để ống biến dạng hoàn phần 70 Hình 3.26 Điều kiện ban đầu 71 Hình 3.27 Kết mơ mẫu 71 Hình 3.28 Sự phân bố biến dạng mẫu (mm) .72 Hình 3.29 Kết mô mẫu 72 Hình 3.30 Sự phân bố biến dạng mẫu (mm) .72 Hình 3.31 Kết mơ mẫu 73 v Luan van Hình 3.32 Sự phân bố biến dạng mẫu (mm) .73 Hình 3.33 Phơi thơ chưa qua gia cơng 74 Hình 3.34 Nhóm gia cơng máy tiện xưởng Việt Đức 74 Hình 35 Các bạc tạo hình sau gia cơng xong 75 Hình 3.36 Tấm chặn .75 Hình 3.37 Tấm chặn 76 Hình 3.38 Bạc lót ngồi 76 Hình 3.39 Bạc tạo hình trơn Ø50 77 Hình 3.40 Bạc tạo hình Ø50 có góc vát 77 Hình 41 Bạc tạo hình trơn Ø58 78 Hình 3.42 Bạc tạo hình cắt đơi .78 Hình 3.43 Chày ép Ø47.8 .79 Hình 3.44 Chày ép Ø50 79 Hình 3.45 Cây chống 79 Hình 3.46 Viên chêm 79 Hình 3.47 Sản phẩm mẫu 84 Hình 3.48 Sản phẩm mẫu 84 Hình 3.49 Sản phẩm mẫu 85 Hình 4.1 Sản phẩm bị lỗi ép chày phía mạnh 87 Hình 4.2 Sản phẩm bị lỗi lực ma sát lớn phôi bạc tạo hình 88 Hình 4.3 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu .89 Hình 4.4 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu .89 Hình 4.5 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu .90 Hình 4.6 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu .90 Hình 4.7 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu .91 Hình 4.8 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu .91 Hình 4.9 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng chiều dài insert lên mẫu 92 Hình 4.10 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng chiều dài insert lên mẫu .92 Hình 4.11 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng hành trình ép lên mẫu 93 vi Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Phiếu công nghệ chặn .55 Bảng 3.2 Phiếu công nghệ chặn .57 Bảng 3.3 Phiếu công nghệ bạc lót ngồi 59 Bảng 3.4 Phiếu cơng nghệ bạc lót ngồi 60 Bảng 3.5 Phiếu cơng nghệ bạc tạo hình Ø50 có góc vát 61 Bảng 3.6 Phiếu cơng nghệ bạc tạo hình trơn Ø58 63 Bảng 3.7 Phiếu công nghệ bạc tạo hình cắt đơi 64 Bảng 3.8 Phiếu công nghệ chày ép Ø47.8 65 Bảng 3.9 Phiếu công nghệ chày ép Ø50 .65 Bảng 3.10 Phiếu công nghệ chống 66 Bảng 3.11 Phiếu công nghệ viên chêm 67 Bảng 3.12 Bảng quy trình lắp ráp khn ép thực nghiệm .80 Bảng 3.13 So sánh kết mô CAE thực tế .85 vii Luan van Lắp phơi ống vào bên bạc tạo hình Lắp cụm chi tiết bạc lót ngồi-bạc tạo hình-phơi ống vào chặn chặn Quy trình ép bắt đầu từ 83 Luan van 3.3 Sản phẩm thực tế sử dụng khuôn tạo hình kim loại ống Hình 3.47 Sản phẩm mẫu Hình 3.48 Sản phẩm mẫu 84 Luan van Hình 3.49 Sản phẩm mẫu Bảng 3.13 So sánh kết mô CAE thực tế Mẫu Mô Toàn cảnh Thực tế Chi tiết Toàn cảnh Chi tiết 85 Luan van Nhận xét: - Các sản phẩm sau ép khn nhóm thiết kế gia cơng nhìn chung có hình dạng giống so với kết mô - Cũng giống mô phỏng, sản phẩm sau ép khơng xuất khuyết tật - Kích thước sản phẩm thực tế gần gần so với mô phỏng, chênh lệch ép tối đa công suất đội thủy lực, áp suất sinh bên lịng phơi ống khơng lớn so với mô Nguyên nhân chênh lệch áp suất thực tế mô lượng cao su thực tế ép khó để kiểm sốt, diện tích mặt thực tế không giống so với mô Kết luận: Kết thực tế cho thấy nhóm thành cơng việc mơ hình hóa CAE phần mềm Ansys 16 86 Luan van CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Các lỗi thường gặp thí nghiệm Mục đích việc thí nghiệm nhằm kiểm tra khả tạo hình kim loại phương pháp Đồng thời, nhằm tìm hạn chế lỗi thường gặp trình vận hành máy, bao gồm :  Lực ép tạo áp suất cho cao su chưa đủ để biến dạng lớn làm phôi bị rách oằn đầu  Sử dụng cao su kích thước khơng phù hợp, kẹt vô khoảng hở chày phôi  Lực ma sát phôi mặt khuôn lớn yêu cầu, cản trở trình bù kim loại vào vùng biến dạng Hình 4.1 Sản phẩm bị lỗi ép chày phía mạnh 87 Luan van Hình 4.2 Sản phẩm bị lỗi lực ma sát lớn phơi bạc tạo hình 4.2 Kết thí nghiệm nhận xét Các thông số ảnh hưởng đến q trình tạo hình biến dạng phơi khảo sát đề cập bao gồm :  Lực ép dọc trục từ chày để nén cao su, ký hiệu F(kN)  Phần trăm cao su, ký hiệu %R (%)  Chiều dài insert, ký hiệu Li (mm)  Hành trình ép chày L(mm) cho mẫu Các thông số khảo sát thông qua giá trị độ phình khoảng biến dạng (mm), ký hiệu ∆R, chiều dài khoảng biến dạng (mm), ký hiệu ∆L 88 Luan van 4.2.1 Thông số lực: Hình 4.3 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu Hình 4.4 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu 89 Luan van Hình 4.5 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lực lên mẫu - Độ phình ∆R tăng dần lực tăng lên Đặc biệt, ∆R bắt đầu thay đổi đột ngột giá trị lực xác định, với mẫu lực F>80 (kN), mẫu với lực F>160(kN), mẫu lực F>220(kN) - Cả mẫu chưa đạt độ phình max ∆R= 4mm, với F = 220(kN) 4.2.2 Thơng số %R: Hình 4.6 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu 90 Luan van Hình 4.7 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu Hình 4.8 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng lượng cao su lên mẫu - Khi lượng cao su tăng, độ phình tăng khơng đáng kể, chủ yếu khoảng biến dạng tăng lên, đặc biệt mẫu dễ nhận thấy - Ở mẫu 3, có thay đổi không rõ ràng chiều dài khoảng biến dạng khuôn nhỏ ∆L =20 mm Trong mẫu dài 85 mm, mẫu dài 95mm 91 Luan van 4.2.3 Thơng số Linsert: Hình 4.9 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng chiều dài insert lên mẫu Hình 4.10 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng chiều dài insert lên mẫu - Thay đổi chiều dài insert ảnh hưởng đến khoảng tích áp cực đại cao su rơi vào vùng phôi Nếu áp suất hình thành khoảng biến dạng khn cho phép ∆L lớn - Với chiều dài insert lớn, ta thấy ∆L có thay đổi mẫu, đặc biệt mẫu 92 Luan van 4.2.4 Thơng số hành trình ép L mẫu 1: Hình 4.11 Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng hành trình ép lên mẫu Khi hành trình ép tăng lên lực ép tăng theo để thắng lực ma sát cao su thành phơi, đồng thời áp suất tạo phình tăng theo làm biến dạng phơi nhiều Cụ thể, với hành trình ép L=65mm, lực tương ứng 100(kN), độ phình ∆R thay đổi đột ngột, chiều dài biến dạng tăng lên gần biến dạng toàn phần mẫu 93 Luan van CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận  Trong q trình nghiên cứu, nhóm học tập điều tiếp thu tinh hoa nhân loại để thực đề tài tạo hình kim loại ống thơng qua vật liệu đàn hồi Bằng việc tìm hiểu phương pháp nghiên cứu, sau tổng hợp kiến thức tảng cần thiết, nhóm đưa chuỗi quy trình thực từ việc lựa chọn phương án thiết kế khuôn, lên vẽ kỹ thuật, mô phần mềm CAE sau tiến hành gia công Từng bước thực hiện nhóm cân nhắc kỹ càng, chỉnh sửa nhiều lần nhận cho phép GVHD đến giai đoạn gia công khuôn ép thử nghiệm sản phẩm Cuối nhóm thu kết mong đợi, điều chứng minh cho việc tạo hình kim loại ống thơng qua vật liệu đàn hồi phương pháp sản xuất mới, mang lại hiệu cao trình sản xuất, giảm tối thiểu chi phí sản xuất, đặc biết tương lai phương pháp trở thành xu việc tạo hình kim loại ống Viết Nam Sau thực đề tài, nhóm nhận ưu điểm việc tạo hình kim loại ống thơng qua vật liệu đàn hồi kể đến kết cấu khn đơn giản, cấu công cụ phụ trợ tương đối phí đầu tư ban đầu thấp; có để thay đổi linh hoạt bạc tạo hình nhiều sản phẩm ống có hình dạng khác nhau; khuôn vận hành êm ái, không gây ồn ào; phận khn dễ dàng tháo lắp để sửa chữa, thay cấn xảy hư hỏng cách dễ dàng; sản phẩm sau ép đạt độ hồn thiện cao, khơng có khuyết tật  Để tổng kết lại đề tài, nhóm khẳng định việc thực đề tài mang tính mẻ tạo điều kiện giúp nhóm có hội nghiên cứu, tiếp thu kiến thức mẻ, đồng thời tổng hợp lại kiến thức đào thời gian ngồi ghế nhà trường, từ áp dụng tất vào đề tài để mục đích cuối thành cơng việc tạo sản phẩm, khẳng định tính ưu việt khn Nhóm tự hào thơng qua thực đề tài đóng góp phần cơng sức việc thúc đẩy q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, giúp cho đất nước ngày phát triển, kỹ thuật sản xuất ngày cải thiện, đạt hiểu kinh tế cao  Kết đạt được: - Nghiên cứu chế tạo thành cơng mơ hình ép kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi - Ứng dụng vào phương pháp ép cao su - Nghiên cứu thành công mơ hình ép kim loại ống thơng qua vật liệu đàn hồi 94 Luan van - Thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình khn ép cao su - Gia cơng, lắp ráp khn hồn chỉnh - Thực nghiệm ép thành công sản phẩm 5.2 Kiến nghị số đề xuất phát triển đề tài Những lưu ý vận hành: - Kiểm tra đội định kỳ - Hiệu chỉnh cảm biến tải định kỳ - Bôi trơn, bảo quản khuôn sau trình sử dụng để tránh rỉ sét Do hạn chế mặt kinh tế kiến thức nên cịn tồn nhiều khuyết điểm, thiếu sót mà nhóm chưa thể khắc phục Vì để đồ án hoàn thiện phát triển so với tại, nhóm xin đưa đề xuất sau: - Tự động hóa máy ép - Nghiên cứu phát triển cấu lấy sản phẩm tự động - Sử dụng ống vật liệu khác để thí nghiệm 95 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Nghệ (2006), ‘‘ Giáo trình Cơng nghệ dập thủy tĩnh’’, Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội, trang 235-250 [2] Maziar Ramezani and Zaidi Mohd Ripin (2012) Rubber-pad forming processes Technology and applications Woohead Publishing in Mechanical Engineering , pp 229–245 96 Luan van S K L 0 Luan van ... Nghiên cứu, chế tạo khuôn tạo hình ống kim loại Tính sáng tạo: Tạo hình ống kim loại thơng qua vật liệu đàn hồi phương pháp giới giai đoạn nghiên cứu, chưa đưa sản xuất Kết nghiên cứu: Chế tạo thành... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo khn tạo hình ống kim loại thơng qua vật liệu đàn hồi - Chủ... 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THƠNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI 45 3.1 Phương án thiết kế 45 3.1.1 Lựa chọn phương án cấu tạo khuôn 45 3.1.2 Thiết kế