Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Lực Và Tốc Độ Con Lăn Trong Quá Trình Miết Chi Tiết Dạng Tấm.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ ÐẶNG VĂN ÁNH NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA LỰC VÀ TỐC ÐỘ CON LĂN TRONG QUÁ TRÌNH MIẾT CHI TIẾT DẠNG TẤM NGÀNH K[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ ÐẶNG VĂN ÁNH NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA LỰC VÀ TỐC ÐỘ CON LĂN TRONG QUÁ TRÌNH MIẾT CHI TIẾT DẠNG TẤM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG VĂN ÁNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC VÀ TỐC ĐỘ CON LĂN TRONG QUÁ TRÌNH MIẾT CHI TIẾT DẠNG TẤM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG VĂN ÁNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC VÀ TỐC ĐỘ CON LĂN TRONG QUÁ TRÌNH MIẾT CHI TIẾT DẠNG TẤM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS.LÊ TUẤN PHƯƠNG NAM Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Đặng Văn Ánh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/01/1976 Nơi sinh: Quảng Nam Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0936360463 Fax: Email: dangvananh76@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ … Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/1997 đến 07/ 2002 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết Kế Máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS.Trương Minh Trí i III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2002 đến Đại học Công Nghiệp tp.HCM Giảng viên ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 05 năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Đặng Văn Ánh iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học cao học trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, tơi ban lãnh đạo khoa Cơ Khí, tập thể Thầy, Cơ giảng viên khoa Cơ Khí tạo điều kiện, giúp đỡ tơi có điều kiện học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ phục vụ cho cơng việc Tơi xin trọng gửi đến q Thầy, Cơ trường lời cảm ơn chân thành Để hồn thành khóa học, tơi TS.Lê Tuấn Phương Nam hướng dẫn thực luận văn cuối khóa cao học Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS.Lê Tuấn Phương Nam tận tình dẫn giúp cho tơi hồn thành luận văn cuối khóa học cao học Trong q trình thực nghiên cứu làm luận văn, tơi giúp đỡ đồng nghiệp quan làm việc như: PGS.TS.Nguyễn Quốc Hưng, ThS.Đinh Văn Bằng, ThS.Huỳnh Cơng Hảo, NCS.ThS.Diệp Bảo Trí, KS.Nguyễn Ngọc Q, KS.Trần Cơng Hùng, KS.Hồng Long Vương tạo điều kiện cho mượn dụng cụ, thiết bị, gia công khí, góp ý q trình thực nghiệm xưởng thực hành cắt gọt khí, phịng đo lường khí khoa Cơ Khí, trường đại học Cơng Nghiệp tp.HCM Tơi xin trân trọng cảm ơn q đồng nghiệp iv TÓM TẮT Miết phương pháp gia cơng kim loại áp lực để tạo hình chi tiết rỗng từ phôi phôi ống tác dụng lực công tác làm biến dạng dẻo cục theo biên dạng khuôn Sản phẩm gia cơng theo phương pháp có ưu điểm có độ bền, chịu áp lực cao so với gia công theo phương pháp khác, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm chi phí đầu tư ban đầu, thích hợp cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ Sản phẩm sản xuất theo phương pháp miết ứng dụng rộng rãi cho ngành như: gia dụng, ô tô, khơng gian vũ trụ, y tế, dầu khí, quốc phịng,… Để giảm chi phí cho gia cơng thử, ứng dụng phương pháp số để mơ q trình gia cơng miết phần mềm máy tính trước gia công chi tiết Ở đây, ứng dụng phần mềm Ansys – LsDyna chạy mơ q trình gia cơng miết, phân tích ứng suất, chiều dày bề mặt chi tiết dự đoán lực ép Thực nghiệm để kiểm tra lại kết tính tốn phương pháp số, người nghiên cứu thực công việc: Thiết kế thiết bị bị đo lực hai chiều theo chiều lực Fr Fa, sử dụng thiết bị khuyếch đại, thu nhận xử lí tín hiệu kết nối với máy tính từ thiết bị đo lực Bên cạnh đó, dùng thiết bị chống nhiễu để khử bớt nguồn gây nhiễu đến tín hiệu thiết bị đo lực Qua thực nghiệm thu liệu lực, chiều dày chi tiết sau gia công, độ nhám bề mặt mà thể cụ thể qua biểu đồ về: lực chiều dài chi tiết gia công, ảnh hưởng thay đổi tốc độ lăn đến chiều dày chi tiết, ảnh hưởng thay đổi tốc độ lăn đến độ nhám bề mặt Như vậy, tính tốn dựa phương pháp số thực nghiệm thu kết biểu thị qua biểu đồ lực suốt chiều dài gia cơng miết, dễ dàng có so sánh giá trị lực chiều dài gia cơng miết tính tốn số so với thực v nghiệm vào khoảng 2.55% Sai số khơng lớn nên khuyến khích sử dụng phương pháp tính tốn số để giảm chi phí ban đầu, góp phần giảm giá thành sản phẩm vi Hình 4.30: So sánh kết lực Fr FEM với kết EXP Từ kết mô phần mềm LsDyna chạy môi trường Ansys 14.5 so với kết thực nghiệm xưởng, kết có chênh lệch Sự sai khác chạy mơ phần mềm điều kiện lí tưởng so với thực nghiệm Tuy nhiên có tương đồng mặt thay đổi lực suốt trình miết Khi lăn tốc độ cao lực tổng tăng lên, nhiên lượng tăng không lớn Nhưng đổi lại thời gian gia công giảm đáng kể Tốc độ tiến lăn tăng đồng nghĩa với chiều dày chi tiết sau gia công tăng theo, làm cho sai số kích thước chiều dày tăng lên khơng tn thủ theo định luật hình sin Tốc độ tiến lăn tăng lên làm cho độ nhám bề mặt tăng lên, bề mặt xấu 80 4.4.2Mẫu 02 với t = 2(mm) Hình 4.31: So sánh kết lực Fa FEM với kết EXP Hình 4.32: So sánh kết lực Fr FEM với kết EXP 81 Từ kết thực nghiệm mô phần mềm Ls-Dyna chạy môi trường Ansys 14.5 với kết thực nghiệm xưởng, kết có khác biệt khơng nhiều F0,242  638,961  622,616 100%  2,558% 638,961 F0,393  695,635  678,590 100%  2, 45% 695,635 F0,598  728,804  712,876 100%  2,185% 728,804 Khi tăng chiều dày phôi lên 2mm, giá trị lực tổng tăng lên đáng kể Khi lăn tốc độ cao lực tổng tăng lên, nhiên lượng tăng không lớn Nhưng đổi lại thời gian gia công giảm đáng kể Tốc độ tiến lăn tăng đồng nghĩa với chiều dày chi tiết sau gia công tăng theo, làm cho sai số kích thước chiều dày tăng lên khơng tn thủ theo định luật hình sin Tốc độ tiến lăn tăng lên làm cho độ nhám bề mặt tăng lên, bề mặt xấu 4.5Một số hình ảnh thí nghiệm: Gá điều chỉnh phôi lên khuôn máy tiện trước gia cơng miết Hình 4.33: Gá phơi lên khn 82 Hình 4.34: Đang gia cơng Hình 4.34: Thể q trình gia cơng miết, phơi lăn ép vào khn dạng với góc 450, thiết bị đo lực, thiết bị điều khiển lăn gá máy tiện vạn BEMAT Hình 4.35: Cận cảnh q trình gia cơng Hình 4.35: Thể cận cảnh gia công miết lăn lăn ép phôi vào khn để tạo hình chi tiết 83 Hình 4.36: Gia cơng sản phẩm Hình 4.36: Thể khn gá vào trục máy tiện, lăn bắt đầu gia công chi tiết, đầu máy tiện sản phẩm sau gia cơng đạt Hình 4.37: Sản phẩm sau gia cơng Hình 4.37: Thể sản phẩm sau gia cơng xong có bút để đánh số thước cặp điện tử dùng đo kiểm kích thước chi tiết 84 Chương KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1Kết luận Trong luận văn này, phân tích mơ số thực nghiệm q trình gia công miết thực Chương tổng kết kết đạt từ cơng việc: tìm hiểu sản phẩm gia cơng miết, ứng dụng nó, tìm hiểu công nghệ miết, tài liệu biến dạng dẻo mô số trình miết với Ansys – LsDyna thực nghiệm để so sánh kết ảnh hưởng lực tốc độ tiến lăn trình miết Các kết đạt luận văn: Tìm hiểu sản phẩm tạo từ phương pháp gia cơng miết Các sản phẩm thích hợp cho sản xuất hàng loạt nhỏ đơn chiết Sản phẩm q trình gia cơng miết đáp ứng khả chịu lực lớn, tiết kiệm nguyên vật liệu, máy để gia công miết có kết cấu đơn giản Để phục vụ cho việc gia cơng sản phẩm bị phế phẩm, đề tài nghiên cứu giúp cho có hướng nhìn từ việc ứng dụng cơng nghệ để dự đốn trước lực việc chạy phân tích mơ phần mềm Hơn nữa, dự đốn ứng suất dư bề mặt chi tiết, biết lực tối đa gia công chi tiết tác động lên lăn Đây thơng số đầu vào cần thiết để chọn máy gia công liệu đầu vào cho tính tốn, thiết kế máy miết Kết đề tài cho thấy: Để chạy mơ q trình gia cơng miết, người thực đề tài đưa mơ hình tốn học q trình gia cơng miết phần mềm Ansys – LsDyna 85 Để phục vụ cho q trình thực nghiệm, giảm chi phí, người học thiết kế thiết bị đo lực hai chiều cho trình gia cơng miết Đề tài thực nghiệm máy tiện, kết miết đạt được: biểu đồ mối quan hệ lực chiều dài gia công miết, biểu đồ biến đổi chiều dày tốc độ tiến lăn thay đổi, biểu đồ độ nhám… So sánh kết thực nghiệm với kết chạy mô phần mềm Ansys – LsDyna Sự chênh lệch giá trị lực tổng trung bình 2,558% 5.2Kiến nghị Mặc dù kết đạt điều kiện thời gian hạn chế, việc sau chưa thực nghiên cứu được: Nghiên cứu ảnh hưởng lực, tốc độ tiến lăn đến khuyết tật sản phẩm như: nhăn, rách,… Nghiên cứu ảnh hưởng lực, tốc độ tiến lăn nhiều vật liệu khác Thiết kế thiết bị đo ba lực: lực hướng tâm, lực dọc trục lực vòng Nghiên cứu ảnh hưởng lực, tốc độ tiến lăn q trình gia cơng miết thực với hai ba lăn Nghiên cứu ảnh hưởng lực tốc độ tiến lăn với chi tiết có biên dạng phức tạp 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngoài nước: [1] Wang, Lin, 2012 Analysis of material deformation and wrinkling failure in conventional metal spinning process, Durham theses, Durham University, UK [2] Qinxiang Xia, Gangfeng Xiao, Hui Long, Xiuquan Cheng, Xiangfei Sheng, 2014 A review of process advancement of novel metal spinning International Journal of Machine Tools & Manufacture 85, 100–121 [3] Lin Wang, Hui Long, 2013 Roller path design by tool compensation in multipass conventional spinning Materials and Design, 46, 645–653 [4] Wang, L., Long, H., 2011 Investigation of material deformation in multi-pass conventional metal spinning Materials & Design, 32, 2891-2899 [5] Sandeep Kamboj, Bharat Atray, Neeraj Kumar Analysis the effects of different types of tool on metal spinning process International Journal of Research in Engineering and Technology eISSN: 2319-1163/eISSN: 2321-7308, 02/Feb-2014, India [6]B.Moetakef Imani1, F.Sajajid2, 2010 An ExperimentalInvestigation of Hybrid Position/Force Control for Metal Spinning Process AnnualInternational Conference on Mechanical ISME2010 – 2214 [7] Matthias Kleiner1, Roland Ewers1, Joachim Kunert2, Nadine Henkenjohann2, Corinna Auer2, 2005 Optimisation of the shear forming process by means of multivariate statistical methods 1University of Dortmund, Department of Statistics University of Dortmund, Institute of Forming Technology and Lightweight Construction SFB – 475, tr23-05 [8] Ansys User’s guide V10.0 [9] http://www.spincraft-etg.com/capabilities , (29/12/2015) [10] http://www.metal-spinners.net/sheet-metal-spinning, (14.012.2015) 87 Trong nước: [11] Trần Việt Thắng, Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo chi tiết có kết cấu đặc biệt, chịu áp lực cao sản xuất vũ khí, 2007, Hà Nội 88 PHỤ LỤC Bảng vẽ phận gá lăn 89 PHỤ LỤC Kết lực Fa, Fr thu từ mô số Mẫu 01 với t = 1(mm) – FEM ST T ℓ(mm) f= 0.242(mm/s) f = 0.393(mm/s) f = 0.598(mm/s) Fa Fr Fa Fr Fa Fr 131.880 330.992 149.647 331.577 125.048 354.785 1.9 131.990 330.392 148.906 331.679 127.067 349.231 3.8 131.065 331.990 148.978 329.879 128.980 346.977 5.7 130.744 331.110 149.250 329.099 128.743 346.454 7.6 130.989 332.880 150.892 328.221 127.880 346.131 9.5 130.678 332.790 150.287 325.334 128.099 347.989 11.4 130.765 332.140 150.608 326.990 130.116 346.860 13.3 130.193 331.540 150.892 325.584 129.647 346.577 15.2 129.803 331.250 149.216 327.556 129.906 347.679 10 17.1 129.765 331.433 149.931 330.120 128.768 346.879 11 19 129.867 332.874 150.608 329.760 128.250 347.098 12 20.9 128.822 333.497 151.743 331.890 127.892 347.221 13 22.8 129.442 334.342 151.580 333.760 128.287 346.334 14 24.7 130.098 333.445 149.048 332.890 128.608 347.990 15 26.6 129.915 333.067 150.031 334.022 127.892 346.784 16 28.5 129.623 332.768 150.635 334.677 128.216 347.566 17 30.4 129.989 332.421 151.048 333.896 127.231 346.120 18 32.3 129.894 330.677 149.592 334.396 127.608 346.760 19 34.2 129.285 331.098 149.955 334.997 127.743 347.890 20 36.1 128.569 331.566 144.561 334.577 128.580 348.760 21 38 127.819 332.024 142.880 333.992 124.048 349.890 90 PHỤ LỤC Kết lực Fa, Fr thu từ thực nghiệm Mẫu 01 với t = 1(mm) – EXP ST T ℓ(mm) f= 0.242(mm/s) Fa f = 0.393(mm/s) Fr Fa Fr f = 0.598(mm/s) Fa Fr 154.336 317.219 137.671 320.329 137.376 344.804 1.9 156.449 316.966 138.581 319.146 139.058 344.124 3.8 153.588 320.024 138.581 317.659 140.311 339.816 5.7 155.464 316.778 136.692 319.822 140.983 340.000 7.6 154.489 316.166 134.668 321.478 140.544 340.493 9.5 155.101 319.988 132.644 324.418 140.852 337.724 11.4 153.975 318.889 134.991 325.634 138.028 343.617 13.3 154.756 315.895 136.529 326.716 138.394 340.373 15.2 152.829 319.890 135.618 326.513 139.283 339.636 10 17.1 154.126 317.897 133.773 329.149 137.678 343.469 11 19 153.894 316.879 138.341 325.941 137.654 339.917 12 20.9 155.213 317.392 136.722 324.150 136.802 344.135 13 22.8 152.299 319.440 135.306 330.691 136.415 341.665 14 24.7 153.482 315.991 134.395 331.819 138.190 340.432 15 26.6 151.870 317.401 130.482 326.144 136.427 343.747 16 28.5 149.787 317.431 137.614 327.631 138.594 338.379 17 30.4 150.889 317.018 138.053 325.975 136.404 339.060 18 32.3 151.010 319.596 130.380 323.947 137.780 335.773 19 34.2 147.757 322.684 132.607 322.325 135.444 332.66 20 36.1 143.753 319.732 133.585 329.791 123.150 336.368 21 38 139.926 314.340 134.865 328.642 123.150 336.368 91 PHỤ LỤC Kết lực Fa, Fr thu từ mô số Mẫu 02 với t = 2(mm) – FEM ST T ℓ(mm) f= 0.242(mm/s) f = 0.393(mm/s) f = 0.598(mm/s) Fa Fr Fa Fr Fa Fr 407.757 496.938 473.890 512.650 486.387 543.446 1.9 406.258 497.476 475.876 509.943 483.454 542.783 3.8 408.068 495.896 474.296 507.982 485.369 544.478 5.7 405.932 494.934 472.932 511.296 484.672 546.848 7.6 406.986 497.899 475.122 510.445 486.152 541.931 9.5 407.984 494.789 474.650 508.469 482.967 545.834 11.4 405.988 495.616 473.958 511.984 485.838 544.785 13.3 404.875 493.436 476.586 507.776 484.475 546.965 15.2 405.322 492.968 475.225 509.426 482.917 545.668 10 17.1 403.978 493.786 474.953 508.251 486.549 545.248 11 19 404.738 496.798 476.313 510.124 484.655 546.899 12 20.9 404.383 494.974 475.112 509.572 486.836 545.448 13 22.8 406.246 497.140 473.990 507.335 484.348 548.242 14 24.7 405.862 496.892 475.594 509.926 487.163 545.756 15 26.6 404.676 493.378 477.127 508.916 484.987 544.75 16 28.5 403.928 491.842 475.872 510.946 484.142 546.986 17 30.4 404.582 492.786 474.938 507.472 482.353 544.69 18 32.3 402.685 490.986 475.688 506.972 483.701 542.921 19 34.2 403.194 489.641 473.932 502.308 480.566 543.344 20 36.1 401.699 490.382 474.984 503.641 481.997 540.122 21 38 402.449 487.806 471.648 499.288 478.864 541.562 92 PHỤ LỤC Kết lực Fa, Fr thu từ thực nghiệm Mẫu 02 với t = 2(mm) – EXP ST T ℓ(mm) f= 0.242(mm/s) Fa f = 0.393(mm/s) Fr Fa Fr f = 0.598(mm/s) Fa Fr 396.597 486.720 463.858 498.006 474.497 527.066 1.9 396.757 487.374 472.400 494.833 481.958 532.783 3.8 393.061 483.896 471.736 497.369 475.361 531.456 5.7 394.638 484.934 470.932 494.273 477.172 525.848 7.6 396.286 477.899 470.920 490.002 476.152 531.131 9.5 393.974 480.288 474.318 489.445 479.037 535.036 11.4 393.587 482.216 471.759 493.889 475.830 530.744 13.3 393.875 481.532 472.536 487.469 477.375 531.965 15.2 394.803 480.968 477.675 489.662 472.917 528.368 10 17.1 392.940 483.744 472.353 488.346 479.554 525.383 11 19 394.737 478.738 471.813 490.631 479.666 529.290 12 20.9 394.383 481.472 472.474 484.181 482.836 525.441 13 22.8 391.006 485.140 473.446 490.863 484.348 528.620 14 24.7 393.676 484.844 469.574 490.124 482.163 525.252 15 26.6 393.676 479.372 469.457 485.251 484.987 524.715 16 28.5 393.318 477.802 471.072 484.572 482.450 526.184 17 30.4 395.582 478.986 466.938 488.210 482.353 524.653 18 32.3 394.980 480.972 469.603 485.335 483.701 521.621 19 34.2 394.393 483.641 466.633 480.916 482.160 518.808 20 36.1 394.661 480.308 470.486 481.946 482.907 518.69 21 38 391.209 479.757 464.305 479.918 480.367 527.26 93