Nghiên cứu ứng suất của tấm vật liệu trong quá trình dập nắp capo (bonnet) của xe ô tô đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2017 NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT CỦA TẤM VẬT LIỆU TRONG Q TRÌNH DẬP NẮP CAPO(BONNET) CỦA XE Ơ TƠ Sinh viên thực Phan Văn Thuận Khoa: khí Lê Ngọc Sỹ Khoa: khí Nam, Nữ: Nam Năm thứ: 3/4 Nam, Nữ: Nam Năm thứ: 3/4 Nguyễn Hồng Sơn Nam, Nữ: Nam Dân tộc: kinh Lớp: điện tử k55 Nghành: điện tử Dân tộc: kinh Lớp: điện tử k55 Nghành: điện tử Dân tộc: kinh Lớp: điện tử k55 Mục lục THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: Mục tiêu đề tài: Tính sáng tạo: 4 Kết nghiên cứu: Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: a) Kinh tế - xã hội b) Giáo dục đào tạo c) An ninh quốc phòng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Sự cần thiết đề tài: T ng uan nghiên cứu: CHƯƠNG II: C NG NG C U TẠ N CA T Công dụng nắp capo xe oto h n oại Capo ựa chọn ố h nh ảnh Capo a) đ p 10 h n oại Capo: 10 b) Lựa chọn số hình ảnh capo T m hi u v ại kết c u capo đ p 11 12 a) Phân tích hình dáng hình học chi tiết 12 b) ác định phương dập 13 c) Phần bù công nghệ 14 d) T m hi u Th ng ố kỹ thuật 15 e) Bản v chi tiết 16 Nghiên cứu cách tháo ắp capo 16 a) Gồm bước tháo lắp sau: 16 b) Vị trí tháo lắp 17 CHƯƠNG III: T HI U Ề C NG NGHỆ CHẾ TẠ CA T 20 T m hi u vật iệu chế tạo capo 20 T m hi u c ng nghệ có th d ng đ chế tạo capo t ên giới 22 Quy t nh nghiên cưu, thiết kế, chế tạo chi tiết dạng t m (nắp capo) 23 a) Quy trình nghiên cứu, chế tao 23 b) Ngun cơng dập tạo hình 26 CHƯƠNG I : T HI U Ề H N Ề C TH T NH ỨNG SU T CỦA CA XE Ô TÔ 28 T m hi u phần mềm tính ứng u t mà h ng ài 28 Nghiêu cứu cách tính ứng u t t ên phần mềm 28 a) Chuẩn bị hình chụp 28 b) Chèn hình vào sketch 28 c) V sketch 32 d) Chiếu đường cong lệnh project curve 33 e) V đường cong sketch 3d 34 f) Tạo mặt phẳng cong 35 g) Tính ứng su t cho kết c u modu va uat 38 Tính thử cho capo m nh 43 h n tích vị t í ứng u t ớn hay àm hư ản phẩm 43 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 51 Tài liệu tham khảo 52 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: nghiên cứu ứng su t t m vật liệu trình dập nắp capo (bonnet) xe ô tô - Sinh viên thực hiện: han ăn Thuận, Lê Ngọc Sỹ, Nguyễn Hồng Sơn - Lớp: điện tử k55 - Người hướng dẫn: ăn Quốc hữu Khoa: khí Năm thứ: Số năm đào tạo: Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu ui t nh chế tạo nắp Capo - Ứng dụng phần mềm m đ tính ứng u t t ên bề mặt nắp capo - Tính toán ứng u t nắp capo dập nhằm t m a vị t í nguy hi m gi p giảm t ệ phế phẩm n ng cao ch t ng độ ác Tính sáng tạo: Thiết kế kết hớp sử dụng phần mềm đ phân tích ứng su t khn tìm vị trí nguy hi m khuôn nhằm hạn chế t lệ phế phẩm Kết nghiên cứu: - Tính đư c ứng suât chuy n vị vùng nguy hi m khắc phục cách chọn vật liệu(thép ca bon) độ dày nắp capo h p lý với độ nh , bền, chịu lực tốt đảm bảo mặt kinh tế, kỹ thuật 5 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: a) Kinh tế - xã hội - Từ đề tài nghiên cứu ứng su t vật liệu t m capo t ong có nghiên cứu công nghệ dập t m ứng dụng đ làm sản phẩm vỏ ô tô sau - Cịn mặt kinh tế khn dập nguội đư c ứng dụng nghành y tế hay dân dụng đ sản xu t sản phẩm ngày chi tiết chảo hay nồi hay dụng cụ y tế, đến chi tiết xe gắn máy, m t , oto b nh ăng, ng b - Bỏ ua đư c c ng đoạn sản xu t thử đ biết sai hay hỏng qua vẻ mơ phần mềm b) Giáo dục đào tạo - Có mơn học đ đưa vào chương t nh giảng dạy à: “ Công nghệ chế tạo máy ”, “Cơ học vật liệu khí cịn gọi sức bền vật liệu ” hay “Khoa học vật liệu khí”, “ kỹ thuật” ng đ tính mơmen ứng su t (uốn, dập, kéo, đàn hồi) dập - khuôn hay dập t m Ta biết đư c thêm nhiều loại vật liệu ký hiệu loại (C45, C50, …) biết đư c ưu c m loại vật liệu, (như oại thông dụng ngày sắt, gang, thép ) hi u rõ kí hiệu khí đọc vẻ c) An ninh quốc phòng - Trong an ninh quốc phòng có chế tạo sản phẩm vỏ loại xe bọc thép, tăng - Yêu cầu quốc phòng nh , mỏng, độ chịu lục, đàn hồi, độ cứng vững phải cáo  Công nghệ dập t m nước Mỹ r t mạnh phát tri n Và giới theo em biết mỹ đ có c ng ty chuyên lắp ráp thép t m (các sản phẩm dạng t m), cho loại đ nâng cao tính an tồn 6 Cơng bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ họ tên tác giả, nhan đề yếu tố xuất có) nhận ét, đánh giá đ áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày 17 tháng năm 2017 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài Thuận han ăn Thuận Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày 17 tháng năm 2017 Người hướng dẫn ăn Quốc Hữu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Sự cần thiết đề tài: Ở nước ta, thiết kế c ng nghệ khu n mẫu chi tiết vỏ có kích thước ớn, h nh dạng kh ng gian phức tạp yêu cầu kỹ thuật cao t ong chế tạo t v n đề mẻ t ong ĩnh vực khí nói chung Gia c ng áp ực nói iêng Ch ng ta biết vỏ t đư c h nh thành th ng ua ự ắp ghép ác phương pháp hàn g p mép chi tiết vỏ với yêu cầu kỹ thuật, độ ác ắp ghép t cao o đó, việc thiết kế c ng nghệ dập, thiết kế chế tạo khu n mẫu có nét đặc th o với chi tiết th ng thường Nếu kh ng nắm đư c nét đặc th có biện pháp c ng nghệ thích h p t ong thiết kế c ng nghệ chế tạo khu n th t n th t ớn kinh tế, đó, t i đ khó t ánh khỏi giá thành khu n dập t t cao T ên uyết định th o đu i đề tài: “Nghiên cứu m ố t ong thiết kế c ng nghệ khu n dập chi tiết nắp CA t ” đ đưa a giải pháp kỹ thuật ph h p với dạng chi tiết ớn, có biên dạng phức tạp Khi thực đề tài, t i đ m ét ựa chọn chi tiết nắp CA chi tiết n h nh khó chế tạo t ong vỏ t đ nghiên cứu Đ y t Các kết uả nghiên cứu phương pháp thiết kế, m ố uá t nh tạo h nh đ ph n tích đánh giá ch t ng ản phẩm giải pháp dụng hệ thống chặn có g n vuốt đư c t i n khai nhà máy ản u t t ina uki, t cửu ong, Z551… đ minh chứng hiệu uả kinh tế Nắp capo chi tiết kh ng có chức ch đậy bảo vệ máy bên t ong mà chi tiết mang tính thẩm mỹ cao nhằm tạo nên v đ p ự ang t ọng nên việc chế tạo thật ác tinh ảo v n đề uan t ọng Nhằm n ng cao khả nghiên cứu c ng ngh dập t m gia c ng áp ực t ong nghành t T ng uan nghiên cứu: Hiện đ có ố nghiên cứu đề tài dập t m kim oại nước việt nam Tuy nhiên việt nam c ng nghệ dập t m phát t i n chưa mạnh đặc biệt t ong ngành t nên phải nhập phụ kiện t nhiều Nên đề tài gi p n ng cao khả c ng nghệ àm chủ t ang thiết bị máy móc giảm nhập iêu CHƯƠNG II: C NG NG V CẤU TẠ NẮP CAP T Công dụng nắp capo xe oto - Bảo vệ động khỏi tác động từ m i t ường - Bảo đảm tính th m mỹ cho xe - Có số loại ch ng ta độ có th àm mát động - Thường th phía nắp capo có lớp đệm đ cách nhiệt - Là chi tiết phức tạp, dạng vỏ ại có kích thước r t lớn có hình dạng đối xứng qua mắt phẳng Và chiều sâu chi tiết khác t y vị trí - Có th cách âm cách nhiệt cách dán miếng ót h nh 10 Ph n loại Capo ựa chọn ố h nh ảnh Capo đ p a) Ph n loại Capo: - Loại ph biến đư c sử dụng nhiều (xe tầm giá) 2013 HUYNDAI AVANTE 1.6AT - Loại đ p nhiều chức ( giá thành cao) nắp capo AUDI Q7 (4L0823029A) 40 Tool/Add in/b chọn olid o k imulation - Chọn Next (3)/Add a fixture (4) - Chọn bề mặt cố định (5) 41 - Chọn Next (6) - Chọn lực hay áp su t (7)/chọn bề mặt đặt lực (8) 42 - Chọn Next (9)/ Chọn Material (10)/Chọn Next (11) - Chọn Run simualation(12)/next (13)/Report 43 Ch ý: Tính ứng u t t ong Evaluate th ng thường tính đư c cho ực tác dụng, cịn mom n th tính bên modun imu ation Tính thử cho capo m nh (Video kèm theo) Ph n tích vị t í ứng u t lớn hay làm hư ản phẩm Khi tính tốn cơng nghệ chế tạo chi tiết cắp capo xe ô tô con, nguyên cơng khó khăn nh t định tới ch t ng sản phẩm cuối c ng ngun cơng dập tạo hình Chính vậy, đ đảm bảo cho thiết kế thành công, ta phải nghiên cứu tiến hành mơ số q trình dập tạo h nh Hơn nữa, việc tính tốn thơng số cơng nghệ, kích thước, hình dạng khng cách xác r t cần thiết phải thực mô số Kết cuối mô số s đư c sử dụng việc thiết kế chế tạo bề mặt lịng khn với tiêu chí ch t ng sản phẩm tốt, không xảy khuyết tật sản phẩm nhăn, ách hay có khả bị đàn hồi lại Biên dạng chày s đư c thiết kế dựa bề mặt sản phẩm, biên dạng cối suy từ biên dạng chầy với khoảng cách chày cối 1,1 mm, độ dầy sản phẩm mm Như vậy, ta có đư c m h nh khuôn dập chi tiết nắp ca pô xe h nh đư c bi u diễn dạng mặt, t ước hết ta uan t m đến biên 44 dạng tạo hình chi tiết Mơ hình khn bao gồm chi tiết chính: chày (màu xanh), phơi (màu tím), cối (mầu đỏ), t m chặn (màu đ n) Điều quan trọng nh t nhập thơng số vật liệu vào phần mềm đường cong chảy vật liệu Đường cong chảy (quan hệ ứng su t biến dạng) r t cần thiết cho việc tính tốn t ường phân bố ứng su t, biến dạng chuy n vị vật liệu Đường cong chảy đòi hỏi phải đ ng với vật liệu thực đ đảm bảo kết mơ đư c xác Hình 4.1: bi u diễn vùng biến dạng khác sản phẩm Qua kết hình 4.1, ta có th kết luận ch t ng sản phẩm, vùng xu t khuyết tật nhăn ách t ên ản phẩm Kết mô cho th y sản phẩm kh ng có v ng màu anh (v ng có ch t ng sản phẩm tốt) Trên sản phẩm có phần lớn màu xám th phôi t m không bị biến dạng Mức độ biến dạng nhỏ 1%, chi tiết chủ yếu bị uốn Chính sau tạo hình xong chi tiết s bị đàn hồi lại gây sai số h nh dáng kích thước sản phẩm Trên sản phẩm ta nhận th y xu t r t nhiều vùng màu tím, th chi tiết bị nhăn Như vậy, ta có th th y sử dụng t m chặn phẳng thông thường nguyên c ng dập vuốt thông dụng, phôi t m s bị kéo vào lòng cối kh ng đều, bề mặt chày tiếp xúc r t với phôi t m thời m đầu trình dập sẫn đến tư ng nhăn ản phẩm 45 Hình 4.2: phân bố bề dày sản phẩm Trên hình 4.2 bi u diễn kết biến mỏng sản phẩm ng màu đỏ th ản phẩm s bị biến mỏng nhiều nh t, ta có th th y v ng màu đỏ xu t vị trí bề mặt, góc n mép sản phẩm, điều cho th y v ng t dễ bị ách Nhưng chủ yếu ta uan át đư c vùng bị nhăn t ên ản phẩm Ở đ y, ta nhận th y r t rõ t m kim loại vùng sản phẩm không bị biến dạng dẻo, mà biến dạng đàn hồi Với mức độ biến dạng r t nhỏ ( Vì yếu tố nên ta cần nâng cao ch t ng sản phẩm cách đặt gân k p gân vuốt hệ thống chặn Một phương pháp điều n lực chặn hiệu dập chi tiết phức tạp dụng hệ thống chặn có gân vuốt Các kết nghiên cứu dập chi tiết hình hộp chữ nhật góc hộp, lực chặn phơi cần thiết lớn nhiều so với vùng thành thẳng, góc hộp xảy q trình dập vuốt cịn phần thành thẳng xảy q trình uốn nên phần thành thẳng kim loại dễ dàng đư c kéo vào lòng cối Nếu sử dụng khn với t m chặn cứng sản phẩm dập hay xảy khuyết tật làm hỏng chi tiết nhăn, ách, cong vênh kh ng điều chỉnh xác đư c lực chặn thay đ i theo vị trí phụ thuộc vào hành trình chày  So ánh ứng u t chuy n vị độ dày vật iệu khác - Ở độ dày 1,3mm thép carbon thép h p kim  ề mặt ứng u t h n bố ứng u t vật iệu thép ca bon h n bố ứng u t vật iệu thép h p kim 47  ề chuy n vị h n bố ứng u t vật iệu thép ca bon h n bố ứng u t vật iệu thép ca bon 48 - Ở độ dày 1,3mm 2mm nắp capo àm vật iệu thép h p kim  Về ứng su t Phân bố ứng su t nắp capo đư c làm thép h p kim với chiều dày 1,3mm Phân bố ứng su t nắp capo 49 đư c làm thép h p kim với chiều dày 2mm  Về chuy n vị Phân bố chuy n vị nắp capo đư c làm thép h p kim với chiều dày 1,3mm 50 Phân bố chuy n vị nắp capo đư c làm thép h p kim với chiều dày 2mm 51 - CHƯƠNG V: KẾT LUẬN Từ kết tính ứng su t chuy n vị cho th y sản phẩm dễ dẫn đến tư ng nhăn có nguy bị rách góc có bán kính nhỏ, chiều cao kích thước sản phẩm kh ng đồng đàn hồi lại Biện pháp khắc phục: Vì yếu tố nên ta cần nâng cao ch t ng sản phẩm cách đặt gân k p gân vuốt hệ thống chặn Chọn vật liệu thép h p kim dày 1,5mm Sau dập có th d ng phương pháp ủ đ loại bỏ ứng su t dư kết c u vật liệu tốt hơn, dẻo t ánh đư c tư ng khuyết tật 52 Tài liệu tham khảo Nguyễn Đắc Trung, Trần Thanh Thủy: Nghiên cứu biện pháp nâng cao ch t ng sản phẩm dập vỏ ô tô nhờ mô số Tạp chí Cơ khí iệt Nam, Số 6, tháng 6/2011 ISSN:0866-7056 Nguyễn Mậu Đằng: Công nghệ dập tạo hình kim loại t m, Nhà xu t KHKT, Hà Nội 2006 Nguyễn Trọng Giảng: Thuộc tính học vật rắn, Nhà xu t Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2004 Nguyễn Trọng Giảng, Nguyễn Việt Hùng: ANSYS Mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, Nhà xu t Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2003 Nguyễn T t Tiến: Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, Nhà xu t Giáo dục, Hà Nội 2004 Nguyễn T t Tiến, Nguyễn Đắc Trung: Lý thuyết dập tạo hình, Nhà xu t Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội 2006 Nguyễn T t Tiến: Nghiên cứu, thiết kế công nghệ chế tạo khu n đạp chi tiết vỏ xe ô tô Báo cáo t ng kết khoa học đề tài c p nhà nước KC.05.16 Nguyễn Đắc T ung; “Ảnh hưởng tính dị hướng vật liệu t m tới ch t ng sản phẩm dập vuốt”; Inf u nc of ani ot opy of h t m ta on ua ity of tamping p oduct; Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ t ường đại học số 68/2008, ISSN 0868-3980, Tr 35-38 53 Besdo, d.; et al.: simulation von blechumformprozessen mit der methode der finiten elemente in: fortschritte in der werkzeugtechnik, verlag meisenbach,bamberg (1995) 10 Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn T ung Kiên: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp cập nhật ưới biến dạng nhằm tối ưu thời gian tính tốn mơ số q trình dập tạo h nh”, using an adaptive meshing method to optimize the computational time by simulation of forming processes; Tạp chí Khoa học & Công nghệ t ường đại học số 69/2009, ISSN 0868-3980, Tr 61-65 11 Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn T ung Kiên: “Nguyên cứu trình truyền nhiệt dập nóng”, Tuy n tập hội nghị học tồn quốc, 30 năm viện Cơ học Tạp chí Cơ học, Hà Nội 8.-9./4/2009 12 Nguyễn Đắc Trung, Lê Trung Kiên, Nguyễn Trung Kiên, Phạm Tiến Trung, Nguyễn ăn Thành: “ hương pháp nghiên cứu công nghệ dập t m”, Tạp chí KHCN Kim loại, ISSN Số 67/GP BVHTT, ngày 3/6/2005, số 23, tháng 4/2009, trang 35-38 13 Nguyễn Đắc Trung: Nghiên cứu mô công nghệ dập vuốt sử dụng hệ thống chặn gân vuốt, Tạp chí Cơ khí iệt Nam ISSN 0866-7056, Tr 33-36, số 03, tháng năm 2010 14 Nguyễn Đắc Trung, Phạm ăn Nghệ, Phạm Hà ương: Ứng dụng gân vuốt công nghệ dập tạo hình chi tiết phức tạp, Application drawbead by forming of complicated parts, Tạp chí Khoa học & Công nghệ t ường đại học số 56/2006, ISSN 0868-3980, Tr 74-78 15 A Selman, T Meinders, A.H van den Boogaard and J Huétink: Adaptive Numerical Analysis of Wrinkling in Sheet Metal Forming, báo cáo khoa học Netherlands 54 Institute for Metals Research University of Twente - Department of Mechanical Engineering 16 Arbtip Dheeravongkit and Kenji Shimada: Inverse pre-deformation of finite element mesh for large deformation analysis, Báo cáo khoa học The Department of Mechanical Engineering, Carnegie Mellon University 17 Mohd Ahmed and G.S Sekhon: Adaptive Meshing for Deep-drawing Process, Defence Science Journal, Vol 53, No 1, January 2003, pp 51-56 O 2003, DESIWC 18 Mohd Ahmed1, G.S Sekhon1, Devender Singh: Parametric study of the Sheet Metal Forming Processes using Adaptive Refinement Techniques, Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering 2003 (ICME2003) 26- 28 December 2003, Dhaka, Bangladesh 19 L Giraud-Moreau, H Borouchaki, A Cherouat: Adaptive remeshing for sheet metal forming in large plastic deformations with damage, báo cáo khoa học 1Charles Delaunay Institute – University of Technology of Troyes – France