Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu thiết kế máy ISF

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 17 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMCHUONG 1 NGHIEN CUU TONG QUAN VECONG NGHE VA MAY GIA CÔNG ISFChương này mở đâu cho luận van, sẽ trình bay tóm lược về Tổng qua

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYEN NGOC TAMDE TAI:

NGHIEN CUU THIET KE MAY ISF

Chuyén nganh: Ché tao mayMã số ngành: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HCM, tháng 06 năm 2013

Trang 2

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF | CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCMCán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Thanh Nam

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Phan Dinh Huan

(Ghi rõ họ, tên, hoc ham, học vi và chữ ký)Cán bộ cham nhận xét 2 : PGS.TS Phạm Huy Hoàng

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi va chữ ký)Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày29 tháng Ø7 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi cua Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)1 TS Dương Minh Tâm

2 PGS.TS Nguyễn Thanh Nam3 PGS.TS Phan Đình Huan4.PGS.TS Phạm Huy Hoàng5 TS Tôn Thiện PhươngXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngànhsau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

(Đã ky) (Đã ky)

Dương Minh Tâm Nguyễn Hữu Lộc

Trang 3

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 2 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMDAI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG H A XÃ HỘI CHU NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Tâm ; MSHV: 11040399Ngay, thang, nam sinh: 01/01/1980 ; Noi sinh: An GiangChuyên ngành: Công Nghệ Chế Tao Máy ; Mã số : 60.52.04I TEN DE TÀI: Nghiên cứu thiết kế máy ISF

H NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:1 Nghiên cứu tong quan xung quanh đề tài luận văn

Xây dựng cơ sở tính toán cho công nghệ ISFThiết kế sơ bộ cho máy ISF

Tính toán thiết kế chỉ tiết cho máy ISFTính toán, lựa chọn thiết bị điều khiển cho máy ISFXây dựng phần mềm tự động hóa quá trình thiết kếIll NGÀY GIAO NHIEM VU : 02/07/2012

IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 21/06/2013V CAN BO HUONG DAN (Ghi rõ hoc hàm, học vi, ho, tên): PGS.TS Nguyễn Thanh Nam

LUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYÊN NGỌC TÂM

Trang 4

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 3 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMLOI CAM ON

Đề hoàn thành Luận văn nảy còn có rất nhiều sự hỗ trợ Tôi muốn gửi lời cảm ơn trầntrọng đền:

PGS.TS Nguyễn Thanh Nam, Người hướng dẫn chính trong suốt hành trình luận văn.Từ những tiếp cận ban đầu hướng nghiên cứu cho đến phương pháp giải quyết từng vẫn đề cụthé, thay đã giúp tôi từng bước giải quyết các mục tiêu, hoàn thành các nhiệm vu đã đăng ký

PGS.TS Phan Đình Huấn, Thây đã giúp tiếp cận nhiều trang thiết bị công nghệ hiệnđại, góp phan quan trọng trong định hướng và xây dựng các phương án thiết kế

KS Nguyễn Thiên Bình, Nhân viên thiết kế Phòng thí nghiệm trọng điểm điều khiếnsố và kỹ thuật hệ thống(DCSELAB), với nhiều hỗ trợ trong tính toán chi tiết, chọn thiết bị điềukhiến, mô phỏng

ThS Lê Khánh Điền, NCV ở Phòng thí nghiệm DCSELAB, với sự hỗ trợ trong kiểmtra các bản vẽ thiết kế, cung cấp nhiều tài liệu về công nghệ ISF góp phan xây dựng cơ sở tínhtoán cho luận văn.

KS Đỗ Phương Đông và Lê Trần Danh, Nhân viên điện tử viễn thông Phòng thínghiệm DCSELAB với nhiều giúp đỡ trong xây dựng phần mềm tự động hóa quá trình thiết kế

Ngoài ra, Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến:Tập thể các thầy cô giáo Khoa cơ khí trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hỗ ChíMinh đã giúp tôi hoàn thành các khối kiến thức liên quan

Tập thé các bạn lớp cao học chế tạo máy CH.CTM11, đã cùng tôi đoàn kết gan bó trongsuốt quá trình học tập, nghiên cứu

Tập thé CB, CNV Phòng thí nghiệm DCSELAB với nhiều giúp đỡ thiết thực trong thờigian thực hiện luận văn.

Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Nguyễn Thị Hoài Thanh, người vợhiền yêu quý, luôn là nguồn động viên chia sẽ, ủng hộ tôi trong suốt những năm tháng nghiêncứu và học tập ở Trường Dai Học Bách Khoa Thanh Pho Hỗ Chí Minh

Tp HCM, Ngày 15 thang 06 năm 2013

Tác giả

Trang 5

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 4 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMTOM TAT

Trong xu thé mở cửa quan hệ quốc tế như hiện nay, nên kinh tế nước nhà dang phải đốimặt với nhiều cạnh tranh khốc liệt Một trong những nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho ngườithiết kế là nắm bat sự phát triển về công nghệ và giải các bài toán tối ưu cho thiết bị

Công nghệ tạo mẫu bang biến dạng cục bộ liên tục (tén tiếng Anh là Incremental SheetForming — ISF) là một công nghệ mới trong lĩnh vực tạo hình tam Ưu điểm đáng chú ý nhấtcủa công nghệ là kha năng tạo hình tam kim loại hoặc phi kim mà không cần sử dung các bộkhuôn mẫu phức tạp Công nghệ sử dụng một dụng cụ tạo hình được điều khiển số thông quamáy tính, giúp cho quá trình tạo hình sản phẩm được kết nối linh hoạt với giai đoạn thiết kếmô hình CAD Chính vì vậy, đây là một công nghệ có tiềm năng ứng dụng cao

Tuy có nhiều ưu điểm nhưng việc ứng dụng công nghệ nay vào thực tiễn chưa nhiều.Nguyên nhân chính là do sự thiếu hụt máy móc thiết bị chuyên dụng, phù hợp với quá trìnhgia công biến dạng dẻo Trong khi phần lớn các thiết bị hiện tại được dùng để nghiên cứu vềcông nghệ này là các máy CNC, vốn được thiết kế chuyên biệt cho quá trình cắt gọt kim loại

Luận văn “Nghiên cứu thiết kế máy ISF” nhằm mục đích thiết kế máy CNC có khanăng gia công sản phẩm tam với các bề mặt phức tap, không đối xứng, không dùng khuôn, gópphan cho việc phát triển một công nghệ mới ở Việt Nam — công nghệ ISF, cả về nghiên cứu,ứng dụng và giảm giá thành đầu tư thiết bị tương đương từ nước ngoài

Trước hết, luận văn tông hop lý thuyết va các nghiên cứu về công nghệ ISF Từ đó tiếnhành xây dựng cơ sở lý thuyết cho các tính toán về lực tạo hình và các yếu tô đầu vào can thiếtcho việc thiết kế một máy CNC nhưng lại có khả năng, đặc điểm của công nghệ ISF

Đề nâng cao hiệu quả cũng như độ tin cậy, luận văn xây dựng phan mém tu động hóaquá trình thiết kế dé kiểm chứng Các chi tiết được mô hình hóa băng Inventor, thiết kế đượckiêm tra và hiệu chuan kêt câu qua Abaqus.

KS Nguyễn Ngọc TâmLUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYÊN NGỌC TÂM

Trang 6

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 5 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM

MUC LUCLOD CAM ON eee - :T.1Í11 9Tóm tất - - ST 1T 1 1211121112112 11011121111 tru Error! Bookmark not defined.Danh mục các ký hiệu và chữ viết tat -. ¿- ¿1S 11121 3 15111211111 1111011111111 tre 10Danh mục bảng biỀU - CS E222 E111 2525 5 11111125 1 11111111111 101110101 111101010 111111100 reg 12Danh mục các hình vẽ và d6 thị - G s13 2 91 9195195 E1 91 3111 91 H112 91 HT TH ng ri 13CHƯƠNG 1 NGHIÊN CUU TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ VA MAY GIA CÔNGHH ÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔỒÔ 18

1.1 Tổng quan về phương pháp tạo hình tam cục bộ liên tục (ISE) 171.1.1 Lịch sử phát triển của phương pháp ISE 2 2+s+2E+E£+E£E£EEzExzEerxerxersree 17

1.1.3 Khả năng biến dang dẻo của vật liệu trong phương pháp ISF - 191.1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp ISF oo ceeececceccecesscsseecssessessessseessessestesesseeneees 201.2 Tong quan thiết bị gia công bang công nghệ ISK 5 5 <5 « <sesesesssse«e 211.2.1 Máy thực hiện quá trình bién dạng tâm - 2-5222 SEE2E12E12EE12E1212122xEE xe 211.2.2 Dung cụ tạo hình trong quá trình biến dạng tấm 2- 222 +s2+z2+zzzzxere 221.2.3 Đồ gf kẹp tắm kim loại - 5 + S22S22E9219212E2E271211211211112112111111221 1e nrree 241.3 Anh hướng của thông số gia công lên khả năng tạo hình - chất lượng bề mặt và độ

CHhÍnh XÁC o5 << 5 5 5 9 9.960 00004.000.004 9 0 0004.0600004 4.00 0000060060 080049060068009906 25

1.3.1 Ảnh hưởng của vận tốc tiễn dụng CỤ ÍF 2 ch n TH s nghe ưu 251.3.2 Anh hưởng của tốc độ quay trục chính n 2©-2©52+22+E2+E£+E2EzErxrrcre 251.3.3 Anh hưởng của bước tiến dao dọc AZ :- + 2 2SE2EE2EE2E22E225223225223221e xe 261.3.4 Ảnh hưởng của đường kính dụng cụ tạo hình d -¿©-2cczczccxcrxcre 261.3.5 Anh hưởng của loại vật liệu gia cÔng -¿- 2-52 S2 E22E2232211212212121 2e 271.3.6 Ảnh hưởng của bôi trơn -:- + s21 21 21221221211211211211211211 211211111 re 281.3.7 Anh hưởng của đường chạy dụng cụ lên độ nhám DE mặt - -cccesssxseszxse2 281.3.8 Ảnh hưởng của đường chạy dụng cụ tới năng suất gia công -s 291.3.9 Ảnh hưởng của hiểu dày sản phẩm trong công nghệ ISE 2-5-5555 30

CHUONG 2_CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KE MAY GIA

600) 0637910201 - //(LLL€c€‹‹.I 31

Trang 7

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 6 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM2.1 Nguyên lý biến dạng tam khi gia công bằng công nghệ ISF -< 2 312.1.1 Cơ chế biến dạng trong các phương pháp gia công tam truyền thống 312.1.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến tính dẻo va bién dạng của kim loại - 312.1.3 Kha năng biến dạng của vật liệu tam trong phương pháp ISF - 312.2 Tính toán các thành phân lực và ứng SuẤt -<- 2< << ss=ssesessesesseseesesee 332.2.1 Trang thái ứng suất và phương trình đẻo 2- 2 2522E2Et2Et2Et2EtEEtrErrrerrerree 332.2.2 Mô hình tính lực thứ nhất - + 22s E9EE2E22121221211212212712121211211211 1E xe 352.2.3 Mô hình tính lực thứ haI - - c2 322132111311 1121 1151111111 1111 111111011 1111111 ke 362.3 Đặc tính kỹ thuật, ưu-nhược điểm từng loại thiết bị hiện có dùng để gia công theoRH ÔÔÔỐỐỐốỐỐ 38

2.3.1 Máy phay CNC 3 trục là loại thiết bi phố biến nhất dé gia công trong ISE 382.3.2 Máy chuyên dung của hang AMINO Inc của Nhật - ccc2ceke2 392.3.3 Robot công nghiỆP - - ng ng HH nọ Hệ 402.4 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế tong thé máy ISF 41

2.4.1 Phân tích đặc điểm biến dạng và các yêu cầu cho máy gia công băng ISE 4I2.4.2 Lựa chọn phương án thiết kế máy ISE + 2 52+E+22EE2E2EEEESEE2EE2EEEerxrrrred 422.4.3 Lựa chọn phương án thực hiện chuyển động -. - - c ST n n2 HH re 422.5 Đánh giá và lựa chọn phương áñ co << 5G %5 S6 S 6 6 99998666 99.0.9966 6069 999698666666 452.6 Lựa chọn phương án thiết kế từng Cum chỉ tiẾ( -5-< <5 << «<< seseseseesesse 462.6.1 Sơ đồ động của MAY -:- 21221921 9212212712212112212112112121211122121211 01c ereg 46,N 900v 472.6.3 Bộ phận truyền động - 2-5221 21S21221221221211221211211212121112112121 01kg 502.6.4 Bộ phận dẫn hướng - 52+ +SS219E9E1215112121821111121217111111111011011111 1121 rxe 512.6.5 Lựa chọn phương án thiết kế cụm chuyên động quay của trục chính - - 532.7 Tóm tắt các phương án thiét kkẾ - << << << % SE 9E 5E S3 95 3.55 4 essee 53CHƯƠNG 3 NGHIÊN CUU DONG LỰC HỌC MAY ISE - 2 +52 2 +cscecec 553.1 Cơ chế biến dạng trong công nghệ biến dạng cục bộ liên tục ISE 55

3.2 Mô hình phân tich ccccsscscccccccccccccccccccscsssssssssssssscsccccceccccceccscscscsssssessssssssssscees 55

3.2.1 Mô hình động lực hoc của dụng cụ tạo hình - ác S111 xxx xxx re 55

Trang 8

3.2.2 Khao sát động luc hoc của dụng cụ tạo hình ceeceeeneeceteeeeneeeeeeeeenaeeenaees 563.3 Tính toán động lực học quá trình tao hìnhh o5 55 559.9930595 55555 96 593.3.1 Tính các thành phân lực -:: +:55+t222x+22211 221122 1.2 Ettrtrrrrrrd 593.3.2 Moment tac dụng trên dụng cụ tạo hình - c1 1 S2 1S ng ng như 633.3.3 CÔng SUẤ 2c 2 tt 2 0221 12211122T TT HH ru 64CHƯƠNG 4 THIẾT KE SƠ BỘ KẾT CẤU MAY TSE óc ccsrcrrerererrrred 674.1 Những định hướng thiết kế ban dau sees sesecssseseessesseeseesecseeeesecneeaseneenseeneenes 684.2 Thiết kế sơ bộ cum di chuyển phương X, y, Z <- 5c < se << se se sssesessssesesee 68

4.2.1 Yêu cầu của bàn máy và cụm trục chính - - c + + +1 11 22111132 1111111111 ren 684.2.2 Kết cầu cụm trục chính - 5: St s 32t SE239E558E1215E55111215155111212115211121112111 11.121 1xe 684.3 Thiết kế sơ bộ khung máy, dé máy, ban máy, đầu gan dung cu tạo hình 704.3.1 Thiết kế khung má y -2- +: + s91‡EE9EEEE1E21521211211211211211211211 1112111111111 704.3.2 Hệ thông dé máyy ¿2+ ©1522 E9 19E1211212712112121211211211111111121211 22111 ee 704.3.3 Hệ thống trụ đỡ cầu trục và cầu trỤC ¿s21 22Ev212E551 1121511511121 rk 74.3.4 Lựa chọn bàn MAY - - - - + 1 191211119 111119 1111901111 ng KH ng 734.3.5 Lựa chọn đầu gan dụng cụ tạo hình c1 111 1k S2 1T tk ng kg tk re 744.4 Thiết kế các chỉ tiết truyền động chính <- 2 << «se s <ses=eesesseseesesse 744.4.1 Trục vít me dai ỐC - : c- s21 11151551 1121515511121511111115111111111 1111111111111 111 xe 744.4.2 Các xích động của máy ISÌE G1 ng 754.4.3 Thiết kế sơ bộ phần điều khiến - + 252+S2E9EESEE2EE2EE15E121121712112121 221 xe 76

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN, THIET KE CHI TIẾT CHO MAY ISE - 2555 ce s52 70

SU DAt VAN dE n e 795.1.1 Các yêu cầu thiẾt Keo cece ccccssessessessessessessessessssssssssssssssnssessessessessessessessessessessens 795.1.2 Xác định lực gia CÔng c1 H ng ng ng HH HH 795.2 Tính toán thiết kế cụm trục chính 2-52 2E +SSE2E2E£E2EEEE2E E21 12121 EEeryee 805.2.1 Các yêu cau ban đầu - + s+2192192192122122122121122121121121212121211.1.1 1kg 8029.06 5 Ừ A 815.2.3 Tinh toán các thông số lực cắt và so sánh với lực tạo hình -¿-s-sszssxsxe: 825.2.4 Tính toán đường kính fTỤC - - c2 1121121 TH ng TH HH 85

Trang 9

NGHIấN CUU THIET KE MAY ISF 8 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM

5.2.5 Tinh toỏn rung động cho trục chớnh - ¿+ 3+2 11 33111331 115511 15111111 xke 875.2.6 Tinh dO vong 2ỡ lv 885.2.7 Tớnh toỏn 6 lăn 52t 22v 22211222 1222 221 re 905.3 Tinh toỏn thiết kế cụm trục VÍK - + 252 s E1 E9E12E 12112127121271211 1121.012111 re 935.3.1 Xỏc định đường kớnh trong của ren theo độ bền kộo -++5++s+zz+zxczee2 935.3.2 Xỏc định cỏc thụng số của bộ truyền vớt me đai Ốc - 2 testes eeseeseeseeees 945.3.3 Moment quay dai ỐC - 5-2 52S2ESE12E1212121121121212712112121121121112121 1e 955.3.4 Tớnh kiếm nghiệm về độ bền . - 2-5252 E2E9EE2E12E2215712E1211 11112111111 xe 955.4 Tớnh toỏn thiết kế hệ băng trượt X,Y và Z - 2-5221 2E 2E 2e 945.4.1 Tớnh và chọn băng frƯỢT - - - ¿2 2222111312101 11 119211111211 1111121 1111111118811 E811 xet 96654.2 Kiểm tra bền hai dầm ngang phương íY 2 2S+22EE2E2E2EESEE2EE2EEEerxrrrrred 985.5 Tớnh chọn nối truce 2-5-5152 22212121 12112157121271211 1111112121211 1121 na 1005.6 Tớnh toỏn cụng suất và chọn động cơ cho trục truyền động và trục chớnh 101°h “690 ỏi 272 ‹1i ARA.a 1015.6.2 Chon động co dẫn động trục chớnh + 2c 1321113211131 11111111111 1111 8k krrg 1015.6.3 Chọn động cơ trục XX, Ÿ” c1 2.11111211111111 119 1111101111110 11111 111g kg kg 102CHUONG 6 Mễ HèNH HOÁ VÀ Mễ PHONG MÁY coi 1036.1 Mụ hỡnh húa thiết kế mm y << 2 + SÊ SE €9 EE#S 595254 5 12554 e5 zees 1036.1.1 Hệ thống dộ mỏy - + 2 + +19EE2EE+EEE5E121121215712112171211211115111121.1111 2.11 Hyee 1036.1.2 Hệ thong khung mỏy - + 221921921 9EE2E127127127122121121121212121.1 1e 10336.1.3 Hệ thống MANY CUM CLC 2221 107

6.1.5 âi))00000 v29.) J33dđiiidõõ'.đíỀíẢ 1106.1.6 Mụ hỡnh húa tổng quỏt MAY oe eeccccccccessessessessessessessessessessessessessesecssesessessessesseeseee 1116.2 Phõn tớch biến dang và ứng SUAt ccccccscsscsessssesssscsscscsssscessssesssssssesescssssssssseeseees 1126.2.1 Phõn tớch mụ hỡnh trờn ABAOUS Q Q12 H11 H 1 0111101111111 ng khu 1136.2.2 Kết qua phõn tớch mụ phong cccceccccccccssessessessessessessessessessessessessessssssstssessessesseeeeee 120CHƯƠNG 7 LỰA CHỌN PHƯƠNG AN DIEU KHIEN VÀ TÍNH CHON BO DIEUFOHIEN 01 <4 — ằắắắ 125

LUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYấN NGỌC TÂM

Trang 10

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 9 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMT.AS0 6 did Khién 0 1257.2 Những yêu cầu cơ bản của bộ điều khiỂn 2 - < << << se sssesesessesesse 1257.3 Phương án điều khiến và lựa chọn bộ điều khiến < <5 << se «<< <2 1277.3.1 Phương án điều khiỂn :- 2 5c SS22E12E2212712E1212712112111121121121111 1121211 erree 1277.3.2 Lựa chọn bộ điều khiỂn - ¿5:23 St 2121551 E151215151115151512111215111111151 11x cEre 128CHƯƠNG 8 XÂY DỰNG PHAN MEM TỰ ĐỘNG HOA QUÁ TRINH THIET KE 1348.1 Các van dé chung khi xây dựng phần mềm tự động hóa thiết kế 1368.1.1 Nội dung xây dựng phần mềm tự động hóa quá trình thiết kế 1348.1.2 Phương pháp lập trình tính toán thiét kế ¿+ + 52 2 £+£+x+E£££z£zezecee: 1358.1.3 Những quy định chung khi lập trình - E111 111111139 1 3 xxx re 1368.2 Xây dựng các module cho phần mềm tự động hóa thiết kế -5 141

8.2.1 Xây dựng phần mềm tự động thiết kế bộ truyền đãai 5-5-s5 5s esesesssssse 1418.2.2 Xây dung phan mềm tự động thiết kế bộ truyền vitme-dai ốc 1438.2.3 Xây dựng phần mềm tự động thiết kế 6 lăn - + 5252522252 £+££zsesxssd 1448.2.5 Xây dựng phần mềm tự động thiết kế lò XO 5 222522222 2 £z£zxeeereeesd 1508.2.6 Xây dựng phần mềm tự động thiết kế mỗi ghép ren -5-2 2 2 +c+s+s¿ 150CHƯƠNG 9 TONG KKẾT L1 1 2 1151212121 1 111101111 111011101010 101010101 111101010 k0 1512 Đánh giá các mục tiêu và ý nghĩa của luận VAM cccccccrssssssscccccccscessssscccceseees 1533 Kết luận và kiến nghi - << << «s3 SH 01 90 05.58 s56 154TÀI LIEU THAM IKHẢO G- - 2222 515121 5 5 515111 515151111501 1111110101 11111111 tre 155

Trang 11

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 10 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMDANH MỤC CAC KÝ HIỆU VA CHU VIET TAT

Ky hiéu va

, , | Giai thích ý nghĩa Ghi chúchữ việt tắt

ISF Incremental Sheet Forming Céng nghé tao hinh kim loai tam

bang bién dang gia tangFLD Forming Limit Diagram Biểu đồ giới hạn bién dạngSPIF Single Point Incremental | Công nghệ biến dang cục bộ liên

Forming tụcTPIF Two Point Incremental Forming | Công nghệ biến dang gia tăng hai

điểmmax Góc biến dạng tạo hình giới hạn | Góc nhọn lớn nhất hợp bởi bề

mặt tâm kin loại và thành giacông dé tam không bị rách

n Vận tôc vòng trục chính máy

CNC - vòng/phútFyy, Vị Vận tốc tiến dụng cụ - mm/phútz, AZ Bước xuống dụng cụ - mmD Đường kính dụng cụ tạo hình —

mm

F, Luc kéo tong hop0 Góc tiếp xúc

x Thanh phan ứng suất theo trục x

LUAN VAN TOT NGHIEP 2013 THUC HIỆN : NGUYEN NGOC TAM

Trang 12

t Thành phần ứng suất theo

hướng chiều dày tắmb Thành phan ứng suất chảyt Chiêu dày tam

K Hệ số bền

Trang 13

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 12 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMDANH MUC BANG BIEU

Bang 2 1 Bang vật liệu và đặc tính dùng dé thử nghiệm sự liên hệ giữa kha năng biếndạng với tạo hình biến dạng đối xứng.[ 17] - - ¿+2 2 2+ +*+2£2£+E£E£E££E+E+EzEre£zrzeeerees 27Bảng 2 2 Bảng đánh giá các phương án 1 1 Y9 ng nnnnn nhe 46Bảng 2 3 So sánh động cơ AC và DC S€TVO Q0 HH nh 47Bảng 2 4 Tóm tắt phương án thiết kế 5-52 2 2 2E SE 2 512121 E3 E2 SE rEree, 46Bảng 3 1 Giá trị các ứng suất và biến dạng tính toán - ¿+ + E+Ec£2Eskrrsrree: 56Bảng 5 1 Lực gia công cho mô hình tính lực tạo hình 1 và 2 - -« «<< <2 74Bang 5 2 Đặc tính máy 21a CONG -.- - - nHnnHnnnrh 75Bang 5 3 Bảng thông số dụng cụ Cat - 5 5S 121 1251111111111 5111011111 1g re 76Bảng 5 4 Bang tóm tắt các thông số gia công của MAY - ¿+ 2 + se ccscsececee: 79Bảng 5 5 Bảng tính toán giá tri đường kính Vit me - << <5 << + +eeeeeees 92Bang 5 6 Bảng hệ số bền của băng trượt bi . - + - 525222 2E 12121 3E E1 EEErvekreeo 95Bang 7 1 Thông số chung của bộ điều khiến - ¿+ 5 52 2 S2 2£+E£2£2£z£zerszee 127Bang 7 2 Thông số làm việc của bộ điều khiến - + 55252 +£+E+*£££z£zEzezee: 127Bang 8.1 Dạng dai được chọn theo tỉ số truyền và vận tốc dự đoán 135

Trang 14

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 13 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMDANH MỤC CAC HÌNH VE VA ĐỎ THỊ

Hình 1 1 Đường chạy dao cho dạng hình côn - - - <5 - 5< cv vớ 18

Hình 1.2 Biểu đồ sơ lược của quá trình tạo hình kim loại tắm cục bộ liên tục 18

Hình | 3 Hai loại cơ bản của quá trình tạo hình cục bộ liên tục - - - 19

Hinh 1 4 Cac loai dung cu tao hinh ec 22

Hình 1 5 Đỗ ga kẹp khi gia công bằng phương pháp ISE - ceceeeseseseeeeees 24Hình 1 6 Đồ ga được lắp trên máy phay đứng, ¿+ ¿25252 2 £+E+E‡E££sezvekrerree 24Hình 1 7 Biểu đồ FLD cho quy trình ISF trên hợp kim nhôm EN AW-1060 [12] 27

Hình 1 8 Đường chạy dụng cụ đơn giản nhất được sử dụng trong ISF [14] 28

Hình 1 9 Những đường chạy dung cụ khác nhau gần kiểu xoắn 6c [14] 29

Hình | 10 Hai đường chạy dụng cụ khác nhau ảnh hưởng lên thời gian gia công 29

Hình 1 11 Chiều dày sản phẩm trong công nghệ ISF[3] - 2 55552 2 2£+s+<£zc<2 30Hình 2 1 Xô lệch mạng tinh thé trong cau trúc của kim loại - 5 2 5s5s+s5<¿ 31Hình 2 2 Biểu đồ FLD của các thông số vật liệu cho trong bảng 1.1[17] 32

Hình 2 3 Các dang ứng suất tác dụng vào phan tử vat liệu - 5-5 5 2 2 ss+<+sc<2 33Hình 2.4 Các thành phần lực -. - 5 S52 E28 EE5 1512525 51511125 515111115111 1111 xe 35Hình 2 5 Mô hình ước lượng lực dọc trục (a) và lực trong mặt phang ngang (b) 36

Hình 2 6 Đồ thị biến thiên những thành phan lực tạo hình theo chiều sâu gia công 37

Hình 2 7 Ảnh hưởng của tinh dị hướng đàn hồi lên tải trọng tạo hình E, 38

Hình 2 8 Thiết lập TPIF được đăng ky phát minh bởi Matsubara va Amino 39

Hình 2 9 Mẫu máy thương mai va bảng đặc tinh của Amino Corp : 5 s55: 39Hình 2 10 Quá trình ISF với một hoặc hai robot - 75s S11 sssssssss 40Hình 2 11 Các chuyển động tạo hình va các cụm chức năng cần có 5-5: 42Hình 2 12 Phương án bàn máy cố định - + 2 + + £* E2 E£E£E+E£E+E+E£EEEEzEzvrkrsrsree 43Hình 2 13 Cau trúc chuyển động ban máy di chuyển theo hai phương 44

Hình 2 14 Phuong án bàn máy di chuyển theo một phương 5-5 2 2 55222552 45Hình 2 15 Sơ đồ động cụm chuyển động quayy - 2 2 S2 E222 2E SEEEEEEzEzvekrkrree 47Hinh 2 16 Vitme 0n 49Hinh 2 17 Két cau băng trượt ma Sat ƯỢT -cc 1111 HH ng nh rg 51Hình 2 18 Băng trượt ma sat lăn - - - - S111 v9 9 vớ 51Hình 2 19 Kết cau của một con trƯỢT bìỉ -c- -c- 6c S125 11 1E SE ng net 51

Trang 15

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 14 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMHình 2 20 Kết cu trục chính sơ b6 cccccccsccsessscecsessceccescessscsececvscsscesceecsessceaseavecsaceaees 53Hình 3 1 Các thành phan ứng suất xuất hiện trên tâm 5255555222222 £+£se2 56Hình 3 2 Quan hệ giữa 3 thành phan ứng suất và ứng suất chảy oy theo|[22] 57Hình 3 3 Sơ đỗ tính lực, moment và công suất tạo hình lúc chạy dung cụ xuống 58Hình 3 4 Luc, moment và công suất khi chạy dụng cụ theo phương S, 61Hình 3 5 Đỗ thị miêu ta lực tác dụng theo phương x tương ứng với góc tạo hình 65Hình 4 1 Cơ cấu trục chính của một máy CNC (trai) và đầu dụng cụ kẹp trên trục

chính đang thực hiện nguyên công cắt gọt (phải) - + 25252 xE£*£zEsEeErkrrrerered 68Hình 4 2 Mô hình hóa phần dé máy trên ÏnvenntOr ¿+ + +2 2£ +£+E£££z£z£z£+ezzzzcxz 71Hinh 4 3 Két cau tong thé cụm cầu trục - tru dG voce ccccescecsecescecsessscecceeceesscceseevcsacerees 71Hình 4 4 Thiết kế dé máy với gân tăng cứng - cscsessescscsesescecsescsesecssseseeees 73Hình 4 5 Lựa chọn ban máy phù hợp kích thước hành trình «<< «<< << s+ 73Hình 4.6 Đồ thị quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của hai dang vit me dai Ốc 74Hình 4 7 Cấu tạo vít me dai Ốc bỉ ác G12 21 9195191111 11T HH TH ng net 75Hình 4 8 Xích động học co bản của máy điều khiến sỐ ¿2 + 5+2 2 2 2£+£+z£z£<2 75Hình 4 9 Các thành phần động CO S€FVO -5- E252 262222 2 512123 1 E511 1E E111 78Hình 5 1 Mẫu dụng cụ cắt lựa chọn dé tính foán s6 + kEsk SE 2E SE seesee 81Hình 5 2 Mô hình hóa bài toán tính trỤC ou ecccccsseeccceecccceececceeeceeeeeceeaeseeeaesecesaees 84Hình 5 3 Chuôi dao theo tiêu chuẩn DĨN - tt 86Hình 5 4 Mô hình tính võng truce - HH TH và 88Hinh 5.5 M6 hinh 0000: 8n 90Hình 5 6 D6 thị tra ứng suất max G52 5C E11 3 5111 5 511111 1111 111 key 96Hình 5 7 Mô hình tính lực của băng †rƯỢT - - c + S11 vn ren 97Hình 5 8 Thông số của băng trượt X, Y +: S2 1212321 111112111 5111111111111 c2 98Hình 5 9 Mô hình lực của dầm ngang Y -. ¿+ + 262222 E323 E3 SEEEEEEEEEEkrrrrree 99Hình 6 1 Mô hình hóa phần dé máy trên Inventor ccc - +22 2 2 s2 ££z£+E+sze£zrzezed 103Hình 6 2 Vị trí đặt cum dẫn động theo phương Y - -¿ 2 2< ++s£+E+2£+z£+s£zzzczxz 104Hình 6 3 Quan hệ tương quan giữa dé máy và các bộ phận khác - 104Hình 6 4 Kết cau tổng thé khung máy - ¿6< S2 2 2123 E2E5 E121 EErkrrrrrred 105LUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYÊN NGỌC TÂM

Trang 16

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 15 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMHình 6 5 Phan chân lắp ráp với dé của khung may oo cece escessessssseseseeeeees 106Hình 6 6 Hệ thống các gân tăng cứng của khung máy -¿ + + s+s££scss¿ 106Hình 6 7 Vùng lap chỉ tiết đỡ trục X va cum ông mang bảng điều khiến 107Hình 6 8 Chi tiết mang cụm trục Z lắp trên khung máy ¿25-555 5s<<css¿ 108Hình 6 9 Các vị trí làm việc của chỉ tiết mang cụm trỤC Z, -. - << s2 109Hình 6 10 Các bộ phận chức năng tại mặt sau của cụm di chuyển trục chính 110Hình 6 11 Các chi tiết b6 trí trên cụm trục Chink eceseeseeceeseeseeseeeeseeseeeeeeeseeeeeneeneees 110Hinh 6 12 Mat cat ngang cụm trục chính - - - «c3 311 1v 1 11111111 1 1n vờ 111Hình 6 13 Toàn bộ phan co khí của máy được mô hình hóa trên Inventor 112Hình 6 14 Giao diện khởi động và các module chức năng của ABAQUS 114Hình 6 15 Mô hình khung máy phân tích từ phần mềm CAD 5555525252 114Hình 6 16 Chọn mô-đun xác định vật liệu khung - - 55s s5 << *++<ssssss+2 115Hình 6 17 Bảng xác định đặc tính vật liỆu - - ĂS SG QSSS 1v v 116Hình 6 18 Gan vật liệu cho mô hình: - - - + S {S231 1111% 11111 11111511115 x4 116Hình 6 19 Xác định thời gian và kiểu phân tích - ¿22 2 +2+s+*£££z£+E+ezeezrzezed 116Hình 6 20 Một đối tượng được tạo ra sau khi lắp rap vi trí ban đầu -.ccecccca 117Hình 6 21 Lựa chon yếu tố đầu ra cho phân tích - - ¿252 2 +2+s+*£££z£+EzEze£zrzezed 118Hình 6 22 Thiết lập điều kiện biên cho mô hình w cce cece cceeeescscsessesseeseseseeeeeees 118Hình 6 23 Xác định tai trọng lên dụng cụ tạo hình c1 vs 118Hình 6 24 Mô hình sau khi được chia TƯỚI - 7< << SSS 15 S311 1115111 x4 119Hình 6 25 Phần chia lưới áp dụng cho trục chính, trụ đỡ và cầu trục dạng Hex 119Hình 6 26 Quá trình phân tích đang tiễn hành 5-52 252 E22 £2££zEzEzzzzezcsered 120Hình 6 27 Kết quả phân tích ứng suất trên toàn mô hình: ¿2 55552 2£2s2 121Hình 6 28 Sự tập trung ứng suất tại các gân tăng cứng trên cầu trục - 121Hinh 6 29 Mat biéu dién ung suất tại vi trí dat ứng suất cao nhất - s5 sscsecsx: 121Hình 6 30 Chuyén vị tương đương theo các phương ¿+ 2 2222 cs£+xzszecsrsesed 122Hình 6 31 Chuyển vị theo phương trục Y ¿+ + + 2123 E2 E1 E121 1 EErErkrrrred 123Hình 6 32 Chuyển vị theo phương trục XX - 5:5 + 2121 2 11111112111 5111k 123Hình 6 33 Chuyển vị theo phương truc Z 5+5: + + 2121 2 511112121 1 E1 rrrred 123Hình 7 1 Sơ đồ gia công của thiết bị ¿<5 1 1 SE E121 1 5 11111212111 51111 re 125Hình 7 2 Giản đỗ điều khiển may - ¿+ 52+ E 2E SE E2E5 2 E521 E5 1E EErkrrree 126Hình 7 3 Giải pháp điều khiến DNC - 2S E123 2E 51512521 1 5112111 11x ce 128

Trang 17

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 16 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMHình 7 4 Giao diện phan mềm Mach3MIiI -. 5 525252 2 E222 ££+E£E£E££zEzerxrecee 129Hình 7 5 Các thiết lập ngõ ra cho Maeh3 -. ¿-¿- 56% 22+ 2E E23 5E E21 Erkrkrrree 129Hình 7 6 Bảng điều khiến của bộ điều khiỂn - ¿2-5252 2S 2E £E£2£zEeEzEzrreerred 131Hình 8 1 Sơ đồ tính toán bộ truyền dai đẹt 5: 525252 2E 2E2E£ SE EEEEEsErkrkreree 142Hình 8 2 Giao diện chính module tính toán thiết kế bộ truyền đai - eee 143Hình 8 3 Sơ đô tính vit đai Ốc với ma sát lăn ¿- cS+tctteterkerkrrkerkerrrrk 144Hình 8 4 Giao diện chính module bộ truyền vit đai 6c ma sát lăn - 145Hình 8 5 Giao diện chính module bộ truyền vit đai 6c ma sát trượt - 145Hình 8 6 Giao điện module tính chon 6 lăn .- 2 6E E*xE*EEE SE E‡EEsEssEseesxe 146Hình 8 7 Sơ đồ tính toán chọn 6 lăn -.- G kEE 25623 S1 5123191 9E 3 SE vs cskg 147Hình 8 8 Sơ đồ tính toán chon nối tỤC c2 3E 123 91 9E SE sx sxcskg 148Hình 8 9 Giao diện chương trình tính toán chon NOL CPUC - SG cv 3E vs serd 149Hình 8 10 Sơ đỗ chương trình tính toán thiết kế lò xo -¿ 2 5+5 s£+c+s+s+s+z5<2 150Hình 8 11 Giao diện chính module tính toán 10 XO << << << S2 151Hình 8 12 Giao diện module tinh toán mỗi ghép ren - ¿+2 2 s+s+s£z£+s+s+s+zc+2 152Hình 8 13 Sơ đỗ chương trình tính toán mối ghép ren ¿+ 2 +22 £+cs+s+s+z£<2 152

Trang 18

CHUONG 1

NGHIEN CUU TONG QUAN VECONG NGHE VA MAY GIA CÔNG ISFChương này mở đâu cho luận van, sẽ trình bay tóm lược về Tổng quan về phương pháptạo hình tam cục bộ liên tục (ISF); Tổng quan về thiết bị gia công bằng công nghệ ISF; Anhhưởng của thông số gia công lên khả năng tạo hình, chất lượng bê mặt va độ chính xác dé hiểurõ các vấn dé về công nghệ và thiết bị tạo mẫu bằng ISF

1.1 Tống quan về phương pháp tạo hình tam cục bộ liên tục (ISF)1.1.1 Lịch sử phát triển cia phương pháp ISE

Năm 1967, Leszak phát minh một phương pháp tạo hình kim loại không dùng khuônbang cách sử dụng chuyển động của dụng cụ được điều khiến số Phương pháp này sử dụngmột dụng cụ đơn giản, biến dạng từ từ vật liệu kim loại dạng tắm theo từng lớp để đạt đượchình dạng của sản phẩm hoàn thiện Trong thời điểm đó, khả năng áp dụng điều khiến số cònhạn chế, do vậy việc ứng dụng phương pháp này vảo thực tiễn van còn chưa kha thi

Những năm đầu của thập niên 90, có một số nghiên cứu công bố về phương pháp nàytrong lĩnh vực kim loại tắm (Powell và Andrew, 1992; Iseki, 1992; Kitazawa, 1993;Matsubara, 1994) nhưng còn nhiều hạn chế trong nghiên cứu.Vấn đề vẻ độ chính xác củaphương pháp nảy vẫn còn là một thách thức vì thế chúng chưa trở thành một phương pháp cóthể ứng dụng đại trà trong công nghiệp

Đến cuối năm 2005, phương pháp đã này trở thành một trong các chủ đề của nhiều hộinghị khoa học trên thế giới, nhiều nghiên cứu khoa học được công bố giúp từng bước hiểu rõmỗi quan hệ giữa các thông số va quá trình bién dạng của công nghệ tạo hình kim loai tam nay(Felice và Micari 2006, Hirt, Young, Jeswiet 2006).

Không giống những quá trình biến dang kim loại tấm khác, quá trình tạo hình tam băngbiến dạng cục bộ liên tục không yêu cầu bất kỳ chảy hay khuôn chuyên dụng nào để tạo ranhững hình dạng phức tạp, bởi vậy nó giống như tạo mẫu nhanh Quá trình sử dụng một dụngcụ dau cau, tiêu chuẩn, đường kính có thể nhỏ hơn rất nhiều so với chi tiết được gia công Suốtquá trình bién dang, dụng cu di chuyển theo một chuỗi các đường cong kín theo hình dạng cuốicùng của chi tiệt và biên dạng mo rộng dân cho đên hình dang mong muôn Một ví dụ vê

Trang 19

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 18 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMđường chạy dao được chỉ ra như hình 1.1.

Hình 1, 1 Duong chạy dao cho dạng hình cônSự bién dạng chỉ hạn chế trong vùng xung quanh dung cụ Những vùng không tiếp xúcvới dụng cụ sẽ không bị biến dạng

1.1.2 Mô ta quá trình

Quá trình tạo hình tấm cục bộ liên tục được dựa trên nguyên tắc gia công theo lớp, ở đâymô hình được chia nhỏ thành từng lát cắt ngang Đường chạy dao được điều khiến số đượcsoạn sử dụng đường viền của những lát cắt này Trong quá trình, dụng cụ tạo hình dạng báncầu đơn di chuyển dọc theo đường chạy dao được điều khiển NC như sau (hình 1.2): dụng cụ

di chuyén xuống, tiếp xúc tam, vẽ một đường viên trên mặt phang ngang, sau đó thực hiện một

bước xuống, vẽ đường viền kế tiếp và cứ như thế tiếp tục cho đến khi nguyên công hoan tat.Dé soạn mã NC, người ta sử dụng phần mềm tích hợp CAD-CAM-CNC

Trang 20

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 19 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMCó hai phương pháp co bản tạo hình cục bộ liên tục: tạo hình không có vat đỡ (hình 1.3a)và tạo hình với vật đỡ (hình 1.3b), cũng được gọi tương ứng là tạo hình lõm va tạo hình lồi.Thông thường tạo hình lỗi cho phép đạt kết quả tốt hơn nhưng nó phức tạp hơn.

Khả năng biến dạng của vật liệu được đặc trưng bởi góc biến dạng lớn nhất 0Œmax Thôngsố này đã được nghiên cứu trong nhiều tài liệu đã công bồ trên thế giới Nó chịu ảnh hưởng bởicác thông số sau:

e Độ dày của tamBê dày tắm kim loại ảnh hưởng lên góc xuống dụng cụ tạo hình lớn nhất Theo định lýSin:

t= t,.sinA = t,cosaTrong do:

t: bé day tam sau khi bién dang,tạ: bề dày tâm lúc ban đầu,ơ góc giới hạn bién dạnge Tốc độ quay trục chính n

Tăng tốc độ quay trục chính có thể làm tăng khả năng gia công Sở dĩ có dự đoán nhưvật là do khi tăng n sẽ tăng khả năng tỏa nhiệt cục bộ tại vi tri dang gia công có thể cải thiện

Trang 21

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 20 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMkha nang bién dạng Tuy nhiên có một khía cạnh không tốt là sự mài mòn dụng cụ xảy ra ratnhanh, chất bôi tron có khuynh hướng bi đốt cháy.

e Bước tiến của dụng cụ theo phương ZKích thước xuống dao Az có ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và độ nhám bề mặt Cũng giốngnhư khi cắt got kim loại, bước tiễn Z lớn thì lực bién dạng lớn và độ nhám bề mặt cũng tăng

Aw

lên.e_ Tốc độ di chuyển dung cu F

Thông số nay cũng ảnh hưởng đến quá trình biến dạng và chất lượng bề mặt Khi tốc độtiễn dụng cụ tăng lên sẽ kéo theo sự tăng lên các ứng suất kéo và bién dạng trong vật liệu Đâycũng là một thông số quan trọng cần được xét đến trong các thí nghiệm khả năng biến dạng

e Duong kính dụng cụ tạo hình DĐường kính dụng cụ tạo hình d là một thông số quan trọng Đầu dụng cụ là nơi tậptrung sức căng khi tạo hình Khi tăng bán kính dụng cụ thì sức căng trải ra trên một vùng rộngcủa bề mặt đầu câu, vì thế giảm khả năng gia công Mặt khác khi đường kính dụng cụ tăng lên,quá trình càng giống với dập truyền thống, do đó giảm giới hạn tạo hình

e Thong số vật liệuMỗi vật liệu có khả năng biến dạng khác nhau và các vật liệu khác nhau có các góc biếndạng giới hạn khác nhau.

1.1.4 Ưu nhược điểm cia phương pháp ISEƯu điểm

e Quá trình biến dạng không cân khuôn Tuy nhiên nó cần có tam đỡ phía dưới dé tạo sựchuyền góc rõ rang tại mặt tam kim loại

e Thay đôi kích thước chỉ tiết nhanh chóng và dé dàng, tạo khả năng linh hoạt cao.e Tao mẫu nhanh dễ dàng

e Vùng biến dạng dẻo nhỏ và sự gia tăng của quá trình góp phan làm tăng khả năng biếndạng, giúp tam kim loại dé tạo hình hơn

Trang 22

Máy phay CNC truyền thông có thé thực hiện được quá trình này.Chất lượng bẻ mặt có thé thay đồi được theo yêu câu

Quá trình biến dạng không gây tiếng Ôn.Giới hạn biến dạng cao hơn các phương pháp biến dạng dùng khuôn khác vì khi biếndạng, vật liệu dưới tắm không bị đùn lại trong lòng khuôn

Chất lượng bề mặt không cao, phụ thuộc vào nhiều yếu tÔ

Không biến dang được các chi tiết có dạng côn ngược.Đường biểu diễn giới hạn biến dạng truyền thống không thể sử dụng để dự đoán cáckhuyết tật cũng như phá hủy chỉ tiết cho công nghệ này Một đường biểu diễn khác cầnđược xây dựng để dự đoán các khuyết tật riêng cho phương pháp này

Khả năng biến dạng cao nhưng góc giới hạn biến dạng lại thấp (tùy thuộc vào vật liệutam, bước tiến Z, đường kính dụng cụ, số vòng quay )

Độ chính xác của biên dạng chưa cao.Trong quá trình bién dạng đòi hỏi phải có một lượng lớn chất bôi trơn dé làm giảm masát và nhiệt sinh ra.

1.2 Tổng quan thiết bị gia công bang công nghệ ISF1.2.1 Máy thực hiện quá trình biến dang tam

Đề có thể thực hiện được quỹ đạo di chuyển của dụng cụ tạo hình nhằm tạo hình sảnphẩm mong muốn bằng phương pháp ISF ta cần phải có thiết bị gia công Nhìn chung, tất camáy CNC 3 trục déu thích hợp dé thực hiện Tốc độ cao, không gian làm việc lớn và đủ độcứng vững là những yêu câu cân thiết Sau đây là những máy có thể dùng cho quá trình gia

Trang 23

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 22 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMcông ISF, trong hau hết các trường hop chúng có thé dùng cho các quá trình gia công khác,nghĩa là máy vạn năng:

- Máy phay CNC

- Máy chuyên dụng- Robots

- Robot song song (Stewart platform va Hexapods).1.2.2 Dung cu tao hinh trong qua trinh bién dang tam

Vat liệu lam dụng cu tạo hình càng cứng càng tốt để tránh mòn và biến dạng dụng cụ.Do đó tùy khả năng có thể chế tạo dụng cụ để chọn vật liệu làm dụng cụ tạo hình phù hợp Đầudụng cụ tạo hình được chế tạo bang hop kim carbide, hoặc phủ một lớp chống ma sát như TiN,CrN,DLC để có thể đạt độ cứng và chống mài mòn tốt khi biến dạng các vật liệu cứng nhưthép hoặc inox Ngoài ra có thể dùng vật liệu thép gió hoặc thép cứng (vật liệu Vanadisr23),Vanadisr23 được sản xuất bởi Uddeholm [UDDEL].Vanadisr 23 là hợp kim tốc độ cao đượcsử dụng làm công cụ cắt hoặc dé làm dụng cụ tạo hình Đề giam tối da lực ma sát giữa bề mặtsản phẩm với dụng cụ tạo hình có thể chế tạo đầu dụng cụ tạo hình là một khớp cầu trong đóviên bi lăn tròn và tiếp xúc với bé mặt sản phẩm Ma sát trượt lúc này đã được biến đổi thànhma sát lăn.

Chọn đường kính và chiều dài của dụng cụ tạo hình bao nhiêu thì tùy thuộc vào hình dángvà kích thước của sản phẩm Tuy nhiên đường kính dụng cụ lớn thì thời gian gia công nhanh,độ bóng dat cao hơn tuy nhiên góc giới hạn bién dạng của tam sẽ giảm xuống, độ chính xác vềhình dáng củng giảm đi Dụng cụ tạo hình nhỏ nhất nên có đường kính 6mm, bán kính tối thiểuLUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYÊN NGỌC TÂM

Trang 24

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 23 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMlà 3 mm Tuy nhiên, qua thực nghiệm người ta khuyến cáo rang bán kính nhỏ nhất được sửdụng nên là 5mm.

Ngoài ra khi thiết kế để chế tạo dụng cụ tạo hình cần chú ý hai cỡ của cán dụng cụ là 10và 16 mm Do đó với các dung cụ tạo hình có kích thước đường kính nhỏ hon 10 hay từ 10-16mm thì cần có độ côn từ cán đến đầu dụng cụ Góc này từ 10 — 15° để đảm bảo khi gia côngdụng cụ không chạm vào bề mặt dốc của sản phẩm khi gia công (hình 1.5)

|||2 | ®©12-œ

=}

fon

||rH

wo} |}

— kÌv R6-901|

Bs Yêu cầu kỹ thuật

- Độ cứng đạt 65 HRC

Hình 1 5 Ban vẽ dung cu được su dụng trong thí nghiệm

Hình 1 6 Cac dụng cụ tạo hình được sử dụng trong thí nghiệm

Trang 25

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 24 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM1.2.3 Đồ ga kẹp tam kim loại

Đồ ga kẹp khi gia công bằng phương pháp biến dạng ISF đơn giản, chi phí chế tạo thấpvà dé dàng thay đổi cho phù hợp với sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật của đồ ga:

- Kích thước bao của đồ ga tùy thuộc vào kích thước giới han làm việc của 3 trục máy CNC.- Đồ gá không yêu cầu độ chính xác cao, chỉ cần đảm bảo độ cứng vững và cân bằng khi gá

lắp lên bản máy CNC.- Dé tiện cho việc lắp va tháo đồ ga ra khỏi máy CNC dé dang, các bộ phận của đồ ga được

nối ghép với nhau bằng mối ghép bulông - đai Ốc.- Tam đỡ có thé dé dang thay đổi tùy theo biên dạng của sản phẩm

Trang 26

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 25 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM13 Anh hưởng của thông số gia công lên kha năng tao hình - chất lượng bề mặt và độchính xác

Khả năng tạo hình trong công nghệ ISF được đặc trưng bởi góc biến dạng giới hạn lớnnhất a Độ chính xác về mặt kích thước hình học và chất lượng bé mặt là các yếu tố quan trọngđóng góp vào chất lượng của sản phẩm sau cùng

1.3.1 Anh hưởng của vận tốc tiến dụng cụ F đến kha năng biến dạng và chất lượng bềmặt

Khi tốc độ tiến dung cụ tăng thì các ứng suất kéo sẽ tăng lên ảnh hưởng đến khả năngbiến dạng khi gia công

Nếu F quá lớn thi lực biến dạng sẽ tăng lên làm rung động dụng cụ tạo hình Máy giacông bị rung động, nếu gặp biên dạng phức tạp sẽ làm tăng độ nhám và giảm góc giới hạn

Như vậy nên chọn F ở mức cao trong điều kiện dụng cụ tạo hình có thé chịu được đểgiảm độ nhám và tăng góc giới hạn Tăng F cũng có nghĩa là giảm thời gian gia công, tăngnăng suất biễn dạng tạo hình

Thực tế tăng giá trị F ở mức cao cũng rất khó khăn vì máy Phay CNC 3 trục bìnhthường và lập trình với phần mềm CAM thông dụng thì máy chỉ chạy đúng giá trị F đối với

quỹ đạo thăng, đường cong Đối với biên dạng phức tạp, gấp khúc, để đảm bảo độ chính xác,

máy Phay CNC phải giảm tốc độ thấp mới có thể chuyển hướng di chuyển Vì thé trong quátrình thiết kế sản phẩm cân chú ý đến điều này và hạn chế băng cách tránh thiết kế nhiềuđường gấp khúc, nếu được nên bo tròn các cạnh gấp khúc bằng một cung lớn hơn bán kínhdụng cụ tạo hình.

1.3.2 Anh hưởng của tốc độ quay trục chính n lên khả năng tạo hình và chất lượng bềmặt

Khi ta tăng n sẽ xảy ra sự tỏa nhiệt cục bộ tại vị trí gia công làm tăng khả năng biếndạng, do đó sẽ làm tăng khả năng gia công Tuy nhiên, nếu làm như vậy thì dụng cụ sẽ bị màimòn rất nhanh và chất bôi trơn dễ bị đốt cháy Điều này ảnh hưởng đến an toàn khi gia công

Trong thí nghiệm của nhóm tác gia M Durante, A Formisano, A Langella, F MemolaCapece Minutolo đã cung cấp những đánh giá ban đầu về hệ số ma sát Khi dụng cụ khôngquay, hệ số ma sát là 0,19; dụng cụ quay với tốc độ 200 hoặc 400 vòng/phút thì hệ số ma sát là

Trang 27

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 26 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM0,11; dụng cụ quay với tốc độ là 600 hoặc 800 vòng/phút thì hệ số ma sát là 0,06 Thông số ncòn ảnh hưởng đến lực tạo hình ảnh hưởng đến khả năng biến dạng của vật liệu Các giá trị lựcđo được trong thí nghiệm là 460, 440, 390N ứng với tốc độ trục chính lần lượt là 0 vòng/phút,600 vòng/phút theo chiều kim đồng hồ, và 600 vòng/phút ngược chiều kim đồng hồ Như vậy,có thê tính được tổng lực từ việc suy ra lực biến dạng theo phương dọc từ những kết luận trên.Thông số n còn ảnh hưởng đến nhiệt độ Nhiệt độ sẽ tăng lên khi số vòng quay tăng.

Như vậy, số vòng quay trục chính có ảnh hưởng đến khả năng biến dạng trong quá trìnhgia công ISE Ta cần chọn số vòng quay thích hợp để có được khả năng biến dạng tốt nhất,mang lại độ chính xác cao cho sản phẩm gia công

1.3.3 Anh hưởng của bước tiễn dao dọc 4z đến kha năng biến dạng và chất lượng bề mặt

Bước tiễn AZ là bước tiễn của dụng cụ tạo hình theo phương Z của máy CNC, dé lại cácvết trên bề mặt được hình thành sau mỗi vòng chạy Đề đạt được độ nhám bề mặt theo yêu cầuvà cải thiện góc giới hạn biến dạng thì cần lưu ý một số lựa chon AZ và ảnh hưởng của các lựachon đó như sau [10]:

+ Nếu van giữ nguyên các thông số khác, giảm bước tiến AZ nhỏ xuống thì độ nhámgiảm xuống nhưng sẽ dẫn đến thời gian biến dạng tạo hình lâu hơn

+ Tăng bước tiễn AZ thì thời gian gia công giảm đi rõ rệt (có thể giảm 50% hoặc hơnnữa) và góc giới hạn biến dạng cũng tăng lên vì bề mặt tam không bị mài mòn, nhưng độ nhámlại tăng không đáng kề (nếu thay bước tiến AZ từ 0.1 lên 0.2, thời gian gia công sẽ giảm đi mộtnửa mà không làm ảnh hưởng nhiều đến độ nhám bề mặt)

+ Tuy nhiên tăng bước tiến lớn hơn thì lực biến dạng cũng lớn hon, do đó cần chú ý đếnđộ cứng của tắm, bề dày tắm, khả năng chịu quá tải của trục chính và của dụng cụ tạo hình màchọn bước tiễn AZ Tránh tình trạng quá tải làm ảnh hưởng trục vít me hoặc gãy dụng cụ tạohình Thường chon AZ<1mm.

1.3.4 Ảnh hưởng của đường kính dụng cụ tạo hình d đến khả năng biến dạng và chấtlượng bề mặt

Đường kính dụng cụ tạo hình cũng có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình và chấtlượng bề mặt của sản phẩm Vì thé, đây cũng là một thông số quan trọng cần phải tính toán kỹtrước khi lựa chọn.

Trang 28

Theo [10], da tién hanh nghiên cứu thực nghiệm dựa trên sự thay đôi đường kính dụngcụ tạo hình trong trường hợp giữ nguyên các thông số công nghệ khác thì:

e Đường kính dung cụ nhỏ -> tăng góc giới hạn, tăng độ chính xác biên dang và hình

sử dụng nhiều đường kính dụng cụ tạo hình cho một sản phẩm

1.3.5 Anh hướng của loại vật liệu gia công đến khả năng biến dang và chất lượng bề mặt

Đối với một loại vật liệu, nếu khi gia công ta biét duoc goc bién dạng giới han Omax, tacó thé xác định được quy trình gia công hợp lý cho chỉ tiết trong quá trình thiết kế Điều nàygiúp quá trình gia công đảm bảo đạt yêu cầu, không xảy ra hiện tượng rách trên chỉ tiết

| = FLD a Fracture criteria |

0,85 40,8

mR 40,75 Ke

0,7

>

0,65 A

0,6 a0,55

0.50,450,4

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

£;

Hình 1 9 Biéu đô FLD cho quy trình ISF trên hop kim nhôm EN AW-1060 [13]Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định các biểu dé giới hạn biến dạng (FLD)ứng với các vật liệu khác nhau (hình 1.7) Các yếu t6 dau vào trong biểu đồ FLD là tat cả cácyếu t6 ảnh hưởng lên khả năng biến dạng tam kim loại trong quá trình gia công ISF Các yếu tốnày được đưa ra dựa trên các cơ sở của quá trình biến dạng như ứng suất, giới hạn chảy của vậtliệu, lực tạo hình, tốc độ quay trục chính n, tốc độ tiến theo phương xy của dung cụ tạo hình vy,bước xuống dụng cụ z và đường kính dụng cụ d

Trang 29

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 28 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM1.3.6 Anh hưởng của bôi trơn đến kha năng biến dang va chất lượng bề mặt

Bôi trơn xuất hiện là một nhân t6 quan trọng trong tạo hình kim loại tâm Nó có tácdụng giảm ma sát tại mặt tiếp xúc giữa dụng cụ-chi tiết và cải thiện chất lượng bề mặt Quátrình bôi trơn khác nhau tùy thuộc vào vật liệu tắm và quá trình tạo hình khác nhau (ASM,2006) Thí nghiệm đã cho thấy, nếu dau bôi trơn có đặc tính thấp thì vật liệu sẽ bị cào xước vànhững hạt nhỏ kim loại bị chùi, nó có thé dé lại những vết han trên bề mặt Vì vậy, bôi trontrong ISF khá quan trọng Tuy nhiên, việc chọn lựa thành phan dầu bôi tron cho những loại vậtliệu khác nhau cần nghiên cứu thêm

Nếu quá trình gia công không đủ chất bôi trơn, nhiệt độ tại vị trí tiếp xúc giữa dụng cụtạo hình và phôi sẽ tăng cao cục bộ làm tăng khả năng biến dạng, tăng khả năng tạo hìnhnhưng sẽ gây mòn dụng cụ rất nhanh, chất bôi trơn có khuynh hướng bị đốt cháy, gây ảnhhưởng đến môi trường và tốn kém chi phí cho quá trình gia công

1.3.7 Ánh hưởng của đường chạy dụng cụ lên độ nhám bề mặt

Đường chạy dụng cụ đơn giản nhất được mô tả trên hình 1.10 Tất cả các hệ thốngCAM3 trục hiện đại đều có khả năng tạo được đường chạy dụng cụ này

Hình 1 10 Đường chạy dung cụ đơn giản nhất được sử dụng trong ISF [14]Cách đơn giản nhất là dịch chuyển theo một đường thắng như hình 1.10(a) Cách kháccó thé thay trên hình 1.10(b), ở day dụng cụ di chuyển đến vị trí của phân đoạn tiếp theo màkhông tiến xuống (giống tiến theo trục z) và sau đó thực hiện bước xuống dụng cụ Cả hai cáchtrên đều gây ra đường xuống dụng cụ có thể nhìn thấy được, làm xấu chất lượng của chỉ tiếtđáng kê

Dé tránh hoặc giảm ảnh hưởng của đường xuống dụng cu, đường chạy dụng cụ xoắn 6cđược sử dụng Một vài kiểu đường chạy dụng cụ xoắn 6c được thể hiện trên hình 1.11 TrongLUẬN VAN TOT NGHIỆP 2013 THỰC HIỆN : NGUYÊN NGỌC TÂM

Trang 30

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 29 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAMhình 1.11(a) là phương pháp ở đó bước xuống dung cụ được phân tán trong diện tích lớn hơn.Phương pháp mô tả trong hình 1.11(b) là một phiên ban cải tiến của phương pháp trên hình1.11(a) Ở đây, đường xuống dụng cụ dọc là một đường xoắn 6c, vì thé nó không nhận thấy.Phương pháp tốt nhất trên hình 1.11(c), ở đó đường chạy dụng cụ là xoắn 6c với độ dốc khôngdoi Tuy nhiên, đường chạy dụng cụ sau cùng không thường xuyên có khả năng ứng dụng đốivới những dạng hình hoc không đều.

Hình 1 11 Những đường chạy dung cụ khác nhau gan kiểu xoắn ốc [14]1.3.8 Anh hưởng của đường chạy dung cu tới năng suất gia công

Đường chạy dụng cụ trong công nghệ ISF có ảnh hưởng rất rõ đến năng suất gia công,với cùng một biên dang tạo hình mỗi một đường chạy dụng cụ sẽ có một thời gian khác nhau

Chiéu cao nhập thô

Hình 1 12 Hai kiểu đường chạy dung cụ khác nhau ảnh hưởng khác nhau

lên thoi gian gia công [13]

Trang 31

Rõ rang với chiến lược chạy dụng cụ như 1.12a thì thời gian gia công sé ngắn hon rấtnhiều so với chiến lược như trong 1.12b Nhưng có một vẫn đề đặt ra là thời gian nhanh hơnthì độ nhám bé mặt lại tăng rat là nhiều Do vậy tùy vào yêu cầu của sản phẩm đặt ra mà chúngta lựa chọn chiến lược chạy dụng cụ cho phù hợp

1.3.9 Chiều dày san phẩm trong công nghệ ISF

Độ dày của sản phẩm là một giá trị cần được kiểm soát Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đếngiá trị này mà ảnh hưởng lớn nhất là góc bién dạng Chiều dày của sản phẩm dọc theo thànhtuần theo quy luật sin [4].

Từ những nội dung tổng quan ban dau, chương tiếp theo sẽ nghiên cứu về cơ sở tínhtoán và các phương án thiết kế máy ISF,

Trang 32

CHUONG 2

CO SO TINH TOAN VA CAC PHUONG AN THIET KE

MAY GIA CONG BANG ISFChương hai trình bày cơ sở tinh toán và việc lựa chọn phương án thiết kế máy ISF, baogom các nội dung: Tìm hiểu nguyên lý biến dạng tam khi gia công bằng công nghệ ISF: Tinhtoán các thành phân lực và ứng suất; Phân tích các đặc tính kỹ thuật, các wu-nhuoc điểm củatừng loại thiết bị dùng dé gia công theo ISF; Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế tổng thémáy; Lựa chọn phương án thiết kế từng cum chỉ tiết

2.1 Nguyên lý biến dạng tam khi gia công bằng công nghệ ISF2.1.1 Cơ chế biến dạng trong các phương pháp gia công tam truyền thống

Các phương pháp gia công trên tắm truyền thống đã được giới thiệu sơ lược ở chươngmột Các phương pháp này có một điểm chung là quá trình biến dạng kim loại xảy ra ở vùngdẻo, hay nói cách khác là kim loại có trạng thái biến dạng dẻo trong quá trình tạo hình Trạngthái của kim loại đã vượt qua vùng đàn hồi nhưng chưa đến ngưỡng phá hủy

2.1.2 Các yếu tổ anh hưởng đến tính dẻo và biến dang của kim loạiTính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dước tác dụng của ngoạilực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau:thành phan va tô chức của kim loại, nhiệt độ trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sátngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng

2.1.3 Kha năng biến dang của vật liệu tam trong phương pháp ISFBiến dạng dẻo kim loại là một quá trình chuyển dịch song song tương đối, không đồngthời giữa hai phần (lớp) rất nhỏ của mang tinh thé

NưœœŒẳ SR sere XiqŒŒŒO

Hình 2 1 Xô lệch mạng tinh thể trong cấu trúc của kim loại

Trang 33

Quá trình trượt xảy ra từ từ theo một mặt và phương nhất định và ưu tiên cho những mặtvà phương có góc định hướng với ngoại lực thuận lợi, sao cho ứng suất tiếp lớn nhất trên mặtvà phương đó lớn hon một giá tri giới hạn[ II |.

Một phân tích tổng quan đã được tiễn hành để tìm hiểu mối quan hệ giữa kha năng taohình kim loại và những đặc tính vật liệu khác Thực nghiệm được tiễn hành trên nhiều loại vậtliệu khác nhau, các kết quả tạo hình được thé hiện qua các giá tri FLD, Hình 2.2 là FLD củatat cả các vật liệu trong bảng 2.1

Bang 2 1 Bang vat liệu và đặc tính dùng dé thử nghiệm sự liên hệ giữa khả năng bién dangvới tạo hình biên dang đôi xứng [19]

K UTSMaterial n Ra A%

FLD, = 8.64 — 36.2n — 0.00798K + 0.373Rn —- 0.104A% + 0.0301 K.n+0.607n A%

LUAN VAN TOT NGHIEP 2013 THUC HIỆN : NGUYEN NGOC TAM

Trang 34

NGHIÊN CUU THIET KE MAY ISF 33 CBHD: PGS.TS NGUYEN THANH NAM2.2 Tính toán các thành phan lực và ứng suất

2.2.1 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo

On

Hình 2 3 Các dạng ứng suất tác dụng vào phần tử vật liệuGiả sử trong vật hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể chịu 3 ứng suất chính sau:

- Ung suất đường: max= 1/2;

- Ung suat mặt: max=( ¡- 2)/2;- Ung suất khối: max=( max- min)/2:Nếu ¡= »= 3thi =0 không có biến dang, ứng suất chính dé kim loại biến dạng dẻolà giới hạn chảy qq.

Điều kiện biên dạng dẻo:

A, — thé năng dé thay đối hình dáng vật thé.Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hỏi theo định luật Hooke đượcxác định:

Trang 35

16; + 2 + 3&6

2A= (2.2)Biến dạng tương đối theo định luật Hooke:

1

CỊ= EL i- WC 2+ 3)|

1&= Fl 2—H( ¡+ 3)] (2.3)

|£a# pl 3s—MCa+ 0|Theo (2.2) thế năng của toàn bộ biến dạng được biéu diễn:

1A= pl + 2+ 3 — 2u( 12+ 23+ s¡j) | CGALượng tăng tương đối thé tích của vật trong biến dang dan hồi bang tổng biến dạngtrong 3 hướng vuông góc:

Trang 36

( oy +( 2— 3) +( 3— )=2 ch = const (2.9)

Đây là phương trình déo Điều kiện bền vật liệu theo tiêu chuẩn Von Mises:

| 2 2 2 22l a tO sb +037 WIE a (2.10)2.2.2 Mô hình tính lực thứ nhất

Mô hình lý thuyết đơn giản để định các thành phan lực tạo hình trong ISF được dé xuất

bởi Iseki [12] Trong phan sau đây, mô hình sau cùng được mở rộng để xem xét tinh dan hồikhông đăng hướng

Đề tính toán đàn hồi không đăng hướng, tiêu chuẩn hiệu suất bậc hai và cao hơn củaHill được sử dụng dé mô ta tính không đăng hướng nay Hàm ước lượng thành phân tải trongF¿ và F, được cho như sau [12]:

h

Hình 2 4 Các thành phần lực

Fy > Fy (1- cosa)ty > Fy sind (2.11)Ở đây F, và À biểu diễn lực kéo và góc tiếp xúc Giải thích hình học của góc tiếp xúc 2.được cho trên hình 2.4, ở đây:

Trang 37

4 =90°-a(2.12)Chúng ta tập trung vào tính toán lực kéo F, vi nó phụ thuộc vào tính chất vật liệu baogồm tính đàn hồi không đăng hướng Sự kéo giãn đều của tam kim loại dưới điều kiện biếndạng phang được thừa nhận, bỏ qua ứng suất uốn và lực ma sát Lực kéo được tính toán xấp xibăng [12]:

(1 +R )

F =2RK =

J1+2R,

Trong do:R: bán kính dụng cụ tạo hình (mm).K: hệ số bền

R,: thong số di hướng của vật liệu,với vật liệu đăng hướng R,=1n: sO mũ

tạ: chiều dày tắm ban đầu (mm)

F,„: thành phan lực vuông góc năm trongmặt phang ngang (N)

Mô hình thứ hai dùng dé tính hai thành phân lực F,, F, được dua ra trong [25]

À

Hình 2 5 Mô hình dùng ước lượng lực đọc trục (a) và lực trong mặt phẳng ngang (b)

Trang 38

Trong hình 2.5(a), dụng cu di chuyển bình thường tới bề mặt tam, gây một biến dangbán cầu lên bề mặt tắm; hình 2.5(b), trong suốt quá trình biến dạng, dụng cụ di chuyển trongmặt phang ngang tạo ra một rãnh lõm

Cho bán kính dụng cụ là R, giới hạn đàn hồi là om chiéu day vật liệu lat, nửa góc côntạo hình œz/2bị giới hạn bởi sự tiếp xúc giữa dụng cụ và tam gia công Lực dọc trục được ướclượng cho trường hợp (a) là:

F =7Rto, sin(a/ 2) (2.14)Và luc F, trong mặt phang ngang cho trường hợp (b) là:

F = Rto,(sina/2+1—cosa@/2) (2.15)Kết quả định lượng lực tạo hình trong hai mô hình phù hop với những kết quả thực tếthí nghiệm đã được công bồ trên thế giới ([19], [12]) vì lực gia công còn phụ thuộc vào các yếutố khác nữa như chiều sâu gia công, tính dị hướng đản hồi và các cách tính cũng chỉ là gầnđúng.

Thành phân tải trọng tạo hình F_ (theo hướng dọc trục) và F, (hướng di chuyển dụngcụ) trong môi quan hệ với chiêu sâu gia công được cho trên hình 2.6.

Trên hình 2.6 các thành phân lực tạo hình F,, tương đương với những giá trị khác nhaucủa thông số dị hướng đàn hồi R, Trong trường hợp R, = | (vật liệu đăng hướng), kết quả đạtđược từ mô hình thí nghiệm và mô hình của Iseki phù hợp.

Chiéu sâu gia công (mm)

Hình 2 6 Đô thị biến thiên những thành phan lực tạo hình theo chiều sâu gia công

Trang 39

Lực (NJ ‘

3004 ý

" = #250 Xa Fi ẺÌ -— mmmmmmmm R =2

/ 33

a / 22

200 R a =0,7

£1507 4

Chiêu sâu gia công (mm)

Hình 2 7 Ảnh hưởng của tính dị hướng đàn hôi lên tải trong tạo hình F,Có thé thấy trên hình 2.7 rang ảnh hưởng của tinh dị hướng đàn hồi đến khả năng tạohình vật liệu rất quan trọng Thành phan tai trong tao hình F, tăng theo giá tri tăng lên củathông số di hướng R,

2.3 Đặc tính kỹ thuật, ưu-nhược điểm từng loại thiết bị hiện có dùng để gia công theo ISF

Khi phương pháp ISF mới bắt đầu được phát triển trên thế giới, người ta sử dụng máyphay CNC 3 trục dé gia công Nhìn chung, tat cả máy CNC 3 trục đều thích hợp để thực hiện.Máy phay luôn có sẵn nhiễu thiết kế khác nhau, nó khác nhau về không gian làm việc, tốc độchạy dao lớn nhất, tải lớn nhất, độ cứng vững và giá thành Các loại máy có thé dùng cho quátrình gia công ISF bao gồm: Máy phay CNC; Máy chuyên dung; Robot công nghiệp

2.3.1 Máy phay CNC 3 trục là loại thiết bị pho biến nhất dé gia công trong ISF© Ưu điểm: thiết bị có sẵn, thông dụng, chương trình điều khiến da dạng dễ sử dụng

tư ban dau cao, chưa sử dụng hết công năng máy phay CNC

Trang 40

2.3.2 May chuyén dung cua hang AMINO Inc cua Nhat

Công ty nay có thé san xuất máy chuyên dụng cho tạo hình lỗi, do tam kẹp có thé dichuyến theo phương thang đứng Nó dựa trên kỹ thuật được phát triển của Matsubara vaAmino và cả bằng phát minh của Aoxama được thể hiện trên hình 2.8

Hình 2 8 Thiết lập TPIF được đăng kỷ phat minh bởiMatsubara và Amino (Patent US 6216508)[1]

1100x900 1600x1300 2100x1450

1000x800 1500x1200 2000x1300

300 400 5001100 1600 2100900 1300 1450350 450 550

Hình 2 9 Mẫu máy thương mại và bảng đặc tính của Amino CorpVề kết cau, trong thiết kế này, trục Z di chuyển theo cả 2 chiều Y và Z và đồ ga kẹpchặt thì cân băng VỚI di chuyển dọc trục, đồ gá kẹp chặt này di chuyển theo trục X Kết câu

Tiêu đề	Nghiên cứu thiết kế máy ISF
Tác giả	Nguyen Ngoc Tam
Người hướng dẫn	PGS.TS. Nguyen Thanh Nam
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG -HCM
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Tp. HCM

Định dạng
Số trang	158
Dung lượng	31,9 MB