Nghiên cứu công nghệ và lập trình gia công khuôn dập thể tích để

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN DẬP THỂ TÍCH ĐỂ CHẾ TẠO BỘ BÁNH RĂNG VI SAI CỦA XE TẢI HYUNDAI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ HỮU QUYẾT PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN -*** Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu công nghệ lập trình gia công khuôn dập thể tích để chế tạo bánh vi sai xe tải Hyundai” công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu sử dụng rõ nguồn trích dẫn mục tài liệu tham khảo Kết nghiên cứu luận văn chưa công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Thành Trung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 10 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG CHẾ TẠO PHỤ TÙNG Ô TÔ 12 1.1 Công nghệ dập khối 12 1.1.1 Khái niệm chung 12 1.1.2 Các dạng sản phẩm điển hình 14 1.1.3 Ưu nhược điểm dập khối 15 1.1.4 Các nguyên công công nghệ dập khối 16 1.2 Máy thiết bị gia công áp lực 20 1.2.1 Phân loại máy dập tạo hình 20 1.2.2 Các loại máy rèn dập điển hình 21 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH DẬP KHỐI CHÍNH XÁC TRONG KHUÔN KÍN 28 2.1 Khái niệm 28 2.2 Sơ đồ công nghệ dập khối xác 28 2.3 Yêu cầu công nghệ 29 2.4 Thiết bị dập khối xác 30 2.5 Ưu nhược điểm phương pháp dập khối xác 34 2.6 Các sản phẩm dập khối xác điển hình 34 2.7 Yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới trình dập khối xác 35 Chương 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP MA SÁT 36 3.1 Phân tích chọn phương án công nghệ 36 3.1.1 Phân tích chi tiết 36 3.1.2 Phân tích phương án công nghệ 36 3.2 Tính toán công nghệ dập khối bánh 38 3.3 Xây dựng vẽ vật dập 39 3.3.1 Dung sai vật dập 40 3.3.2 Xác định kích thước phôi ban đầu 41 3.3.3 Xác định số lượng nguyên công chuẩn bị 41 3.4 Quy trình công nghệ gia công khuôn 42 3.4.1 Bản vẽ chế tạo khuôn 43 3.4.1 Quy trình gia công 43 3.5 Các chi tiết khuôn sau chế tạo xong 49 Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN DẬP BÁNH RĂNG TRÊN MÁY PHAY CNC 50 4.1 Thiết kế chi tiết chi tiết khuôn 50 4.2 Sử dụng phần mềm CIMATRON để lập trình gia công 51 4.2.1 Đưa chi tiết sau thiết kế vào phần mềm CIMATRON 51 4.2.2 Chọn máy định nghĩa phôi 52 4.2.3 Chọn dao chế độ cắt 53 4.2.4 Mô Cimatron E7 57 4.2.5 Xuất chương trình NC 58 4.3 Gia công máy phay CNC 60 Chương MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP TẠO HÌNH KHI DẬP BÁNH RĂNG 61 5.1 Giới thiệu phương pháp mô số 61 5.1.1 Mô số - “công nghệ ảo” 61 5.1.2 Vai trò ưu điểm mô số thiết kế tối ưu công nghệ 61 5.1.3 Tiến trình mô 63 5.2 Giới thiệu phần mềm mô Deform 65 5.2.1 Giao diện vận hành phần mềm 66 b Mô đun giải 71 c Mô đun hậu xử lý 71 5.2.2 Mô thông số công nghệ 73 5.4 Dập thử nghiệm máy ép ma sát 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát trình dập khối 13 Hình 1.2 Sơ đồ phân loại công nghệ dập khối 14 Hình 1.3 Các dạng sản phẩm dập khối 15 Hình 1.4 Hướng thớ sản phẩm sau dập tạo hình 15 Hình 1.5 Lực ứng suất chồn 17 Hình 1.6 Khuôn chồn đầu bulông 17 Hình 1.7 Sản phẩm chồn 17 Hình 1.8 Rèn vuốt trục bậc 18 Hình 1.9 Thể tích kim loại lòng khuôn 18 Hình 1.10 Sản phẩm ép chảy 18 Hình 1.11 Kết cấu khuôn dập lòng khuôn hở 19 Hình 1.12 Dập lòng khuôn kín 19 Hình 1.13 Máy ép thủy lực dạng khung chữ C 21 Hình 1.14 Máy ép thủy lực trụ đơn động có bàn máy di động 22 Hình 1.14 Máy búa nước – không khí nén 23 Hình 1.15 Các loại máy búa không khí nén 23 Hình 1.16 Máy búa khí 24 Hình 1.17 Máy búa thủy lực 24 Hình 1.18 Máy ép trục khủy vạn 25 Hình 1.19 Máy ép trục khủy song động 315/200 26 Hình 1.20 Một số loại máy ép trục khủy dập nóng 26 Hình 1.21 Máy ép vít ma sat đĩa côn đĩa phẳng 27 Hình 2.1 Dập khối khuôn kín 28 Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ dập khối xác khuôn kín 29 Hình 2.3 Sơ đồ khuôn kín dập máy ép trục khuỷu 31 Hình 2.4 Sơ đồ khuôn kín có cấu đối áp 32 Hình 2.5 Sơ đồ khuôn kín cấu đẩy theo nguyên tắc đòn bẩy cấu đối áp lò xo 33 Hình 2.6 Sản phẩm dập khối xác 34 Hình 3.1 Bánh côn thẳng 36 Hình 3.2 Bản vẽ 2D bánh côn thẳng 38 Hình 3.3 Mô hình 3D bánh côn thẳng 39 Hình 3.4 Khối lượng bánh côn thẳng 40 Hình 3.5 Các kích thước chi tiết 41 Hình 3.5 Bản vẽ tổng thể khuôn 42 Hình 3.6 Bản vẽ chế tạo khuôn 43 Hình 3.7 Sơ đồ gá đặt bước 43 Hình 3.8 Sơ đồ gá đặt bước 44 Hình 3.9 Sơ đồ gá đặt bước 44 Hình 3.10 Sơ đồ gá đặt bước 45 Hình 3.11 Sơ đồ gá đặt bước 45 Hình 3.12 Sơ đồ gá đặt bước 45 Hình 3.13 Lấy dấu 46 Hình 3.15 Cụm khuôn 49 Hình 3.16 Cụm khuôn 49 Hình 4.1 Chi tiết khuôn 50 Hình 4.2 Lưu file IGS 51 Hình 4.3 Đưa chi tiết vào phần mềm 51 Hình 4.4 Chọn file chương trình cần gia công 52 Hình 4.5 Chọn máy gia công(máy trục) 52 Hình 4.6 Bước khai báo phôi dạng hộp 53 Hình 4.7 Chọn dao 54 Hình 4.8 Chọn chế độ cắt phay thô F10 54 Hình 4.9 Chọn chế độ cắt phay tinh F6 55 Hình 4.10 Chọn chế độ cắt phay tinh F3 56 Hình 4.11 Chọn chế độ cắt phay tinh F1 56 Hình 4.12 Mô chương trình gia công thô F10 57 Hình 4.13 Mô chương trình gia công tinh Ball1R0.5 57 Hình 4.13 Gia công máy CNC 60 Hình 4.14 Khuôn sau gia công xong 60 Hình 5.1 Ưu điểm mô số 62 Hình 3.2 Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô 63 Hình 5.3 Quá trình mô 65 Hình 5.4 Giao diện phần mềm Deform 66 Hình 5.5 Các nút lệnh công cụ 67 Hình 5.6.Giao diện ban đầu phần mềm Deform 68 Hình 5.7 Lựa chọn chế độ nhiệt dập 69 Hình 5.8 Lựa chọn số đối tượng dập 69 Hình 5.9 Nhập mô hình hình học cho đối tượng 70 Hình 5.10 Thư viện loại vật liệu phần mềm 71 Hình 5.11 Biểu đồ lực dập 72 Hình 5.12.Phân bố lưới biến dạng 72 Hình 5.13 Dòng chảy kim loại 73 Hình 5.14 Giao diện Cài đặt Deform 74 Hình 5.15 Nhập mô hình 3D cho phôi 75 Hình 5.16 Chia lưới cho Phôi 76 Hình 5.17 Đồ thị đường cong chảy AISI-1045 77 Hình 5.18 Điều kiện tiếp xúc 78 Hình 5.19 Vận tốc hướng dòng chảy kim loại 79 Hình 5.20 Ứng suất 80 Hình 5.21 Biến dạng 80 Hình 5.22 Chuyển vị 81 Hình 5.23 Kết thúc trình dập tạo hình 82 Hình 5.24 Vật liệu 82 Hình 5.25 Biểu đồ tác dụng lên Punch 83 Hình 5.26 Phá hủy 83 Hình 5.27 Ứng suất 84 Hình 5.28 Ứng suất lớn 84 Hình 5.29 Vận tốc chảy 85 Hình 5.30 Phôi để dập thử 86 Hình 5.31 Gá phôi lên máy ép ma sát 86 Hình 5.32 So sánh bánh sau dập mẫu bánh tham khảo 87 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam việc chế tạo bánh chủ yếu phương pháp gia công khí sử dụng máy phay, tiện, lăn … Việc gia công chế tạo phần đáp ứng nhu cầu nước Thường bánh chế tạo từ phôi qua nguyên công rèn để giảm lương gia công cơ, đảm bảo tính, tiết kiệm vật liệu làm phôi Việc làm phôi chuẩn thường sử dụng cách nguyên công rèn nên chất lượng phôi chưa cao phụ thuộc nhiều vào công nhân Chất lượng phôi hình dạng tính chất học không đồng loạt sản phẩm, suất chưa cao Ngày công nghệ tạo hình ngày đa dạng phát triển phong phú Công nghệ dập khối ngày trọng lĩnh vực ứng dụng ngày phát triển Chất lượng sản phẩm sau dập khối ngày cao Phôi chế tạo bánh phù hợp với công nghệ dập khối Việc nghiên cứu áp dụng dập khối vào dập bánh côn cho ta chất lượng sản phẩm cao, độ xác cao, lượng gia công nhỏ, chi phí sản xuất giảm xuống Với bánh côn thẳng, ta sửa dụng phương pháp dập nguyên công Dập nóng để tạo hình dạng nhiệt độ cao, sau lần thứ dập tinh chỉnh nhiệt độ thấp, để đảm bảo tính độ xác Khi việc gia công giảm nhiều Dập nguội bánh phương pháp đáp ứng nhu cầu đặt tăng độ bền, tiết kiệm kim loại, suất tăng gấp hàng trăm lần … Nhược điểm phương pháp dập nguội kích thước chi tiết nhỏ, ứng dụng với dập cho bánh côn thẳng nhỏ Yêu cầu có lực lớn, đầu tư ban đầu cao, phù hợp với sản xuất loạt lớn Việc gia công khí chi tiết bánh côn khó khăn thiết bị Việt Nam hạn chế, quy trình gia công đòi hỏi khắt khe chất lượng sản phẩm chưa đồng việc áp dụng công nghệ dập vào hoàn toàn phù hợp tận dụng ưu điểm công nghệ, dập tạo thớ kim loại, giảm khuyết tật thỏi đúc… Ở nước công nghiệp phát triển Nga, Mỹ, Nhật, Đức, Trung Quốc… để sản xuất hàng hóa hàng loạt với số lượng lớn việc sử dụng công nghệ dập khối lớn nhiều so với phương pháp gia công khác Những cải tiến nghiên cứu phát triển công nghệ dập khối sản phẩm dập khối đạt xác cao, trí gia công Trong trường hợp cụ thể bánh côn thăng loại nhỏ Trên giới với phát triển thiết bị với máy dập có lực dập lớn ta tạo hình áp lực phương pháp dập nguội bánh cỡ nhỏ Cho độ xác làm việc, tính cao, độ bóng bền mặt tương đương với gia công cơ, cho xuất cao, áp dụng với sản xuất hàng loạt lớn với giá thành thấp Xu hướng chuyển dần sang gia công áp lực đem lại hiệu kinh tế lớn, sản xuất hàng hóa hàng loạt với giá thành cạnh tranh, với sản phẩm ngày đa dạng phong phú 10 Hình 5.15 Nhập mô hình 3D cho phôi Các thông số ban đầu: Temperature 7000C, phôi chọn Plastic die, punch binder chọn rigid (cứng tuyệt đối) Sau nhập mô hình ta cần kiểm tra hình học phần tử mô hình.Phần mềm giúp ta sửa lỗi phần tử nhập vào Mỗi lần nhập phần tử vào ta chọn check Geo sau chọn Check&Correct Geometry Bước 2: Ta chia lưới phần tử Việc chia lưới phần tử chia tự động cài đặt người sử dụng Ở đây, để thuận lợi cho việc quan sát biến dạng kim loại ta sử dụng userdefine - Chia lưới cho phôi: Số phần tử 50000 với phần tử 3D tứ diện 75 Hình 5.16 Chia lưới cho Phôi Sau chia lưới ta chọn vật liệu Vật liệu sử dụng để mô AISI-1045 [1650-2200F(900-1200C)] Các thông số tính vật liệu phần mềm Deform cung cấp Material Properties Ứng suất tương đương phụ thuộc vào biến dạng tương đương ,tốc độ biến dạng tương đương nhiệt độ Đồ thị đường cong chảy AISI -1100[200C] sau: 76 Hình 5.17 Đồ thị đường cong chảy AISI-1045 Bước 3: Sau chọn vật liệu ta cài đặt điều kiện tiêp xúc (Inter – Object) Ở có sáu cặp tiếp xúc là: Chày – Phôi, Phôi – Cối, Phôi – Chặn 77 Hình 5.18 Điều kiện tiếp xúc Dung sai tiếp xúc 0,0002 mm Sau chọn Generate All tiếp xúc phải lên Trong số trường hợp mô hình ban đầu không không đặt điều kiện tiếp xúc Trong trường hợp này, ta cần phải kiểm tra lại mô hình nhập vào, để xem phẩn tử nhập vào không Sau tìm phần tử không cần sửa lại mô hình ban đầu trước xuất file *.IGS Sau nhập lại phần tử tiến hành đặt lại điều kiện tiếp xúc Hệ số ma sát: 0.6 Bước 4: Sau cài đặt xong, ta chuyển sang phần Database Generation Ấn nút check để phần mềm kiểm tra xem cài đặt đạt chưa Nếu tất đánh dấu màu xanh có nghĩa cài đặt chấp nhận trường hợp mà giá trị đánh dấu màu đỏ cần phải kiểm tra lại Ta quay lại bước 78 cài đặt đánh dấu đỏ để hoàn thành đặt lại Khi tất thông số cài đặt phần mềm chấp nhận ta ấn nút Generate Đóng cửa sổ lại thoát.Trở lại giao diện ban đầu Deform, chọn File cài đặt chon run nút Play để chạy chương trình b Các kết mô Trong trình chạy chương trình, ta xem bước chạy mô nhờ ứng dụng Simulation Graphics Ứng dụng cho phép người sử dụng có nhìn trực quan trình mô phỏng, qua bước chạy ta biết kết tính toán hình ảnh Ứng dụng Process Monitor cho phép người sử dụng lựa chọn quan sát phần tử trình mô diễn Ta quan sát riêng lẻ phần tử biến dạng trình dập tạo hình bánh côn Hình 5.19 Vận tốc hướng dòng chảy kim loại 79 Hình 5.20 Ứng suất Hình 5.21 Biến dạng 80 Hình 5.22 Chuyển vị Kết thực chương trình, ta chọn Deform3D-post để xem kết Chương trình cho phép người sử dụng theo dõi trực quan toàn trình mô phỏng, kèm theo trường ứng suất tương đương, biến dạng tương đương, tốc độ biến dạng,… qua bước Bên cạnh đó, chương trình cho ta biết thông số lực (Lực công nghệ, lực chặn) trình biến dạng thông qua đồ thị 81 Hình 5.23 Kết thúc trình dập tạo hình Hình 5.24 Vật liệu 82 Hình 5.25 Biểu đồ tác dụng lên Punch Hình 5.26 Phá hủy 83 Hình 5.27 Ứng suất Hình 5.28 Ứng suất lớn 84 Hình 5.29 Vận tốc chảy Sau chương trình chạy xong cho ta số kết giai đoạn kết thúc chương trình sau: Ta thấy rằng, kết thúc trình dập vật liệu bị phá hủy lớn nằm mép Bởi vành này, kim loại bị cưỡng điền đầy vào túi chứa nên phải chịu kéo lớn Vì vậy, ứng suất phá hủy điểm vành lớn Nếu vật liệu giòn bị nứt vị trí Ta thấy tốc độ kéo lớn vùng mép Đến giai đoạn vùng biến dạng Phần kim loại túi chứa tiếp tục vào nữa, tốc độ kéo kim loại vùng tăng lên theo nguyên lý trở lực biến dạng nhỏ Có nghĩa kim loại biến dạng theo phương có trở lực biến dạng nhỏ Có thẻ thấy kim loại có xu hướng chảy điền đầy lòng cối Tuy nhiên, xuống sâu tốc độ chảy chậm Và tốc độ chảy lớn vùng mép ép 85 5.4 Dập thử nghiệm máy ép ma sát Sau chế tạo xong khuôn, ta tiến hành gá đặt dập thử máy ép ma sát 63 Trước tiên ta phải chuẩn bị phôi có kích thước d = 40 mm, h = 26 mm Hình 5.30 Phôi để dập thử Tiếp theo ta gá khuôn lên máy ép ma sát để chuẩn bị dập Hình 5.31 Gá phôi lên máy ép ma sát 86 Sau dập xong ta thu mẫu bánh côn hoàn toàn chuẩn xác so với mô đáp ứng đầy đủ thông số, yêu cầu cần thiết so với mẫu bánh tham khảo a Mẫu bánh tham khảo b Bánh sau dập Hình 5.32 So sánh bánh sau dập mẫu bánh tham khảo 87 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ dập khối khuôn kín chế tạo chi tiết bánh côn thẳng cỡ nhỏ trung bình có triển vọng Việt Nam Với nghiên cứu hoàn toàn làm chủ công nghệ không với bánh côn thẳng cỡ nhỏ trung bình mà với loại vật liệu mô hình bánh chi tiết khác khả công nghệ Trong trình thực đồ án, em tìm hiểu tối ưu thông số công nghệ dập khối khuôn kín, đồng thời mô hình hóa trình công nghệ công nghệ mô số Trong suốt trình làm luận văn hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Đỗ Hữu Quyết PGS.TS Phạm Văn Nghệ, đến tác giả hoàn thành luận văn với nội dung: - Ứng dụng phần mềm Defrom 3D mô tối ưu công nghệ để dập bánh côn thẳng - Thiết kế, chế tạo khuôn dập - Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết khuôn ứng dụng gia công trung tâm gia công CNC - Chứng minh tính khả dụng ưu điểm phương pháp dập khối so với phương pháp gia công cắt gọt chế tạo bánh cỡ nhỏ trung bình - Thiết kế, chế tạo khuôn đưa vào sản xuất hàng loạt công nghiệp Hướng phát triển đề tài: Tiếp tục nghiên cứu sâu thông số công nghệ dập thể tích, dần tiến tới chế tạo chi tiết phức tạp Qua tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Đỗ Hữu Quyết PGS.TS Phạm Văn Nghệ tận tình bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này! 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Nghệ, Công nghệ dập thủy tĩnh.NXB ĐHBK Hà Nội - 2006 [2] Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Đắc Trung, Trần Việt Thắng, Nguyễn Anh Tuấn, Mô số trình dập thủy chi tiết đối xứng trục Hội nghị toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7, 2004 [3] Đinh Văn Phong, Lý thuyết công nghệ dập tấm, NXB HVKTQS [4] Nguyễn Tất Tiến, Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại.NXB GD-2004 [5] Đinh Bá Trụ, Phương pháp phần tử hữu hạn kỹ thuật khí (2007), NXB HVKTQS [6] Grama R Bhashyam ANSYS Mechanical - A Powerful Nonlinear Simualtion tool Corporate Fellow, Development Manager Mechanics and Simulation Support Group, September 2002 [7] Hallquist, John O.: LS – DYNA Theoretical Manual, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, 1998 [8] Иcаченко Е И., Штамповка резиной и жидкостью Машиностроение, Москва 1967 [9] Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Như Huynh, Ma sát gia công áp lực, NXB ĐHQG Hà Nội- 2005 [10] http://metalformingvn.net [11] Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc, Máy ép khí, NXB KHKT – 2005 [12] Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên, Mô số trình biến dạng, NXB ĐHBK Hà Nội – 2011 89 ... xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nghiên cứu công nghệ lập trình gia công khuôn dập thể tích để chế tạo bánh vi sai xe tải Hyundai” công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu sử dụng rõ nguồn... bị dùng công nghệ dập khối Chương 3: Nghiên cứu công nghệ dập khối chi tiết bánh côn Chương 4: Lập trình gia công khuôn dập bánh máy phay CNC Chương 5: Mô thử nghiệm trình dập tạo hình dập bánh... trình công nghệ gia công khuôn 42 3.4.1 Bản vẽ chế tạo khuôn 43 3.4.1 Quy trình gia công 43 3.5 Các chi tiết khuôn sau chế tạo xong 49 Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG