Nghiên cứu ảnh hưởng của đàn hồi ngược đối tới độ chính xác hình học của sản phẩm dập tấm

LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi Cỏc s liu, kt qu nờu lun l trung thc v cha c cụng b cỏc cụng trỡnh khỏc HC VIấN CAO HC inh Vn Hin LI CM N Sau hai nm hc v nghiờn cu, c s giỳp tn tỡnh ca thy, cụ giỏo Vin C khớ, B mụn Gia cụng ỏp lc cựng s hng dn khoa hc tn tỡnh ca PGS TS Nguyn c Trung tụi ó hon thnh khúa hc, lun Tt nghip Cao hc v t nhng kt qu mong mun Nhõn dp hon thnh lun Cao hc, tụi xin by t lũng bit n sõu sc ti tt c cỏc thy, cụ giỏo B mụn, Vin C khớ v Trng ó tn tỡnh giỳp , ng viờn, to iu kin tt nht cho tụi hon thnh khoỏ hc ca mỡnh Tụi xin chõn thnh cm n Thy giỏo PGS TS Nguyn c Trung ó nhit tỡnh hng dn v giỳp tụi vic thc hin lun ny Xin chõn thnh cỏm n cỏc thy giỏo phn bin ó c lun v úng gúp cho tụi nhng ý kin quý bỏu v b ớch tụi hon thin lun Tt nghip ca mỡnh Tỏc gi inh Vn Hin Mục Lục Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Lời nói đầu Ch-ơng Các vấn đề cần nghiên cứu công nghệ dập 1.1 Gii thiu chung ngnh gia cụng ỏp lc 1.2 Cỏc sn phm, loi hỡnh cụng ngh c trng 1.3 Cỏc cụng ngh ca dp tm 1.3.1 Cỏc yu t nh hng n cht lng sn phm dp tm 1.3.2 Nhng cn nghiờn cu thit k cụng ngh dp tm 12 Ch-ơng Nghiên cứu t-ợng đàn hồi ng-ợc đối yếu tố ảnh h-ởng 2.1 Hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc đối 14 14 2.1.1 Quan sỏt trc quan 14 2.1.2 Nguyờn nhõn 14 2.1.3 nh hng ca n hi li n cụng ngh to hỡnh 16 2.2 Thông số đánh giá mức độ đàn hồi lại 33 2.2.1 Ch s bin dng n hi kR 33 2.2.2 Gúc n hi 34 2.3 Cỏc thụng s nh hng n n hi ngc 35 2.3.1 Vật liệu 35 2.3.2 Loại hình công nghệ 42 2.3.3 Dụng cụ tạo hình 47 2.3.4 Thông số công nghệ 49 2.3.5 Chế độ nhiệt luyện 56 Ch-ơng Các ph-ơng pháp giảm ảnh h-ởng đàn hồi ng-ợc đối 63 3.1 Vật liệu 63 3.2 Kết cấu chi tiết 63 3.3 Công nghệ 64 3.3.1 Khuôn 64 3.3.2 Khe hở chày cối 66 3.3.3 Chế độ công nghệ có gân vuốt 66 3.3.4 Uốn uốn lại nhiều lần, dập vuốt ng-ợc 67 3.3.5 Gia công nhiệt độ cao 68 3.3.6 Tính toán góc tạo hình 68 Ch-ơng Phân tích đàn hồi ng-ợc mô số 69 4.1 Mô hình vật liệu ứng dụng mô số 69 4.1.1 Mô hình vật liệu đẳng h-ớng 69 4.1.2 Mô hình vật liệu đàn hồi dị h-ớng 71 4.1.3 Mô hình vật liệu dẻo dị h-ớng 72 4.1.4 Mô hình vật liệu đàn - dẻo dị h-ớng ngang 76 4.1.5 Mt s vt liu ph bin dp tm 78 4.2 Phân tích đàn hồi lại dựa mô số 79 4.2.1 Mô trình uốn chi tiết dạng V 79 4.2.2 Mô trình dập vuốt 84 Kết luận 96 Tài liệu tham khảo 97 LI NểI U Nh chỳng ta ó bit, phn ln cỏc sn phm ngnh cụng nghip hin u c lm t vt liu kim loi v chỳng c sn xut bng phng phỏp chớnh ú gia công cắt gọt (gia công có phoi) gia công áp lực (gia công không phoi) Trong gia công kim loại áp lực dập ph-ơng pháp mà tạo hình đ-ợc thực nhờ tác động kết cấu khuôn gây nên biến dạng dẻo kim loại Dập cho phép tạo chi tiết có hình dáng đa dạng suất cao, đ-ợc thể cụ thể tỉ trọng sản phẩm dập nghành nh- sau: Trong chế tạo máy thiết bị điện chiếm (60 - 70)% Trong chế tạo thiết bị đo chiếm (70 - 75)% Trong sản xuất hàng tiêu dùng chiếm (95 - 98)% Trong sản suất ôtô máy kéo chiếm (65 - 75)% chi tiết ôtô (35 40)% chi tiết máy kéo Tuy nhiên chất l-ợng sản phẩm đ-ợc làm từ công nghệ lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác t-ợng đàn hồi ng-ợc ảnh h-ởng nhiều, với sản phẩm đ-ợc tạo công nghệ uốn dập vuốt Trờn c s ú, tụi ó quyt nh thc hin ti: Nghiờn cu nh hng ca n hi ngc i ti chớnh xỏc hỡnh hc ca sn phm dp tm C th, tỡm hiu bn cht ca hin tng n hi li, cỏc thụng s nh hng ti n hi li Tip ú xut cỏc bin phỏp kim soỏt hin tng n hi ngc v phõn tớch cỏc kt qu mụ phng hin tng ú Khi xỏc nh c cỏc thụng s ỏnh giỏ mc n hi ngc ca sn phm sau dp bng vic phõn tớch cỏc kt qu phn mụ phng, chỳng ta s a c nhng phng ỏn ti u, cỏc thụng s cụng ngh phự hp vi quỏ trỡnh dp to hỡnh hn ch sai lch hỡnh hc ca sn phm dp tm, nõng cao cht lng sn phm CHNG CC VN CN NGHIấN CU TRONG CễNG NGH DP TM 1.1 Gii thiu chung ngnh gia cụng ỏp lc Cụng ngh Gia cụng ỏp lc l phng phỏp gia cụng to hỡnh vt liu da trờn s bin dng Vt liu kim loi luụn thay i hỡnh dng sut quỏ trỡnh gia cụng t c hỡnh dỏng, kớch thc cui cựng theo mong mun, ú khụng cú s phỏ hy liờn kt vt liu v bo ton th tớch ca mỡnh Gia cụng ỏp lc chim mt v trớ quan trng ngnh c khớ ch to v c ng dng nhiu lnh vc nh ch to ụtụ, xe mỏy, mỏy cụng c, sn phm phc v i sng Cụng ngh gia cụng ỏp lc c chi thnh nhiu phng phỏp cụng ngh nh dp tm, dp khi, dp thy tnh, dp thy c Trong ú phng phỏp s dng khỏ ph bin sn xut ú l dp tm v dp 1.2 Cỏc sn phm, loi hỡnh cụng ngh c trng Cú nhiu phng phỏp sn xut ch to mt chi tit mỏy, mt sn phm c khớ nh ỳc, hn, gia cụng ỏp lc, gia cụng ct gt ch to mt chi tit nh bỏnh rng, trc khuu ngi ta cú th s dng nhng phng phỏp ỳc, hn, ct gt ri nhit luyn Mc dự nng sut khụng cao, c tớnh ca sn phm cha t c mc ti u cu trỳc vt liu cha phự hp, nhng cng cú th c xem l gii phỏp th trng nh l Nhng th trng phỏp trin, yờu cu v cht lng sn phm ngy cng cao thỡ buc cỏc chi tit mỏy chu ti trng lm vic khc nghit bt buc phi qua cụng ngh GCAL nõng cao c tớnh Khi ch to mt chi tit nh v xe ụ tụ, v kột cha, v mỏy thỡ khụng th ch to bng phng phỏp no khỏc ngoi cụng ngh GCAL Cụng ngh GCAL c chia thnh loi hỡnh cụng ngh chớnh ú l dp tm v dp Cỏc dng sn phm ny in hỡnh ca dp tm v dp c trỡnh by trờn hỡnh 1.1 v 1.2 Hỡnh 1.1 Cỏc sn phm dp in hỡnh Hỡnh 1.2 Sn phm dp tm nh v ụ tụ, cỏc sn phm gia dng Cụng ngh dp tm v dp to hỡnh cỏc chi tit cú s dng khuụn dp v thc hin trờn cỏc thit b nh mỏy bỳa, mỏy ộp c khớ, mỏy ộp thy lc, mỏy ộp vớt ma sỏt Cụng ngh GCAL cũn c bit n vi nhng loi hỡnh sn phm c bit ú l cỏc sn phm dng rng Cỏc chi tit ny khụng ch c thc hin trờn cỏc khuụn c bit, m cũn cn phi cú nhng thit b chuyờn dựng, thit b c iu khin theo chng trỡnh nhm to iu kin cho quỏ trỡnh to hỡnh c chớnh xỏc hn Hỡnh 1.3 trỡnh by cỏc dng sn phm rng c to hỡnh bng cụng ngh dp thy tnh (dp mụi trng cht lng cú ỏp sut cao) Hỡnh 1.3 Sn phm rng 1.3 Cỏc cụng ngh ca dp tm Dập nói riêng hay gia công kim loại áp lực nói chung ph-ơng pháp gia công phổ biến nghành công nghệ chế tạo máy Có đ-ợc điều hoàn toàn nhờ vào -u điểm trội mà ph-ơng pháp gia công khác không làm đ-ợc nh-: - Năng suất lao động cao, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm - Hệ số sử dụng vật liệu cao, tiết kiệm vật t- - Có thể sử dụng công nhân bậc thợ thấp - Có khả tạo đ-ợc chi tiết có độ bền, độ cứng vững cao - Đảm bảo đ-ợc tính lắp ghép cho chi tiết dập độ xác vật dập cao - Dễ có khả khí hoá tự động hoá Hình 1.4 Hình ảnh sản phẩm dập nh- vỏ ô tô, sản phẩm gia dụng Khi chiều dày phôi nhỏ (th-ờng s mm), dập th-ờng đ-ợc thực với phôi trạng thái nguội hay gọi dập nguội phải dập với phôi trạng thái nóng chiều dày vật liệu lớn Một chi tiết sản xuất công nghệ dập thực qua nhiều nguyên công công nghệ nh-: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt tríchv.v Một nguyên công quan trọng để tạo hình sản phẩm công nghệ dập dập vuốt 1.3.1 Cỏc yu t nh hng n cht lng sn phm dp tm Trong công nghệ dập khuyết tật xuất ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm dập gây sai hỏng, phế phẩm cho sản phẩm dập Những khuyết tật chủ yếu: - Sản phẩm không đạt đ-ợc kích th-ớc xác đàn hồi lại - Sản phẩm bị rách - Sản phẩm dập bị nhăn vành - Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc - Chiều cao sản phẩm không đồng Các dạng hỏng hóc sản phẩm có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế qui trình công nghệ, khuôn, chế tạo khuôn, thông số công nghệ tính dị h-ớng vật liệu a) Sản phẩm không đạt kích th-ớc xác đàn hồi lại: Một t-ợng th-ờng xuyên xảy trình uốn tấm, dập chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt mỏng, đàn hồi lại Hiện t-ợng có nghĩa sau biến dạng, phôi bị đàn hồi lại làm cho góc bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu Sản phẩm cần đạt đ-ợc uốn Sản phẩm thực tế uốn Hình 1.5 Sản phẩm bị đàn hồi lại b) Sản phẩm bị rách Hiện t-ợng rách phôi xảy nhiều nguyên nhân mà chủ yếu do: mức độ biến dạng v-ợt mức độ biến dạng tới hạn, lực chặn phôi lớn, góc l-ợn cối nhỏ Hình 1.6 Chi tiết bị đứt rách nhăn dập vuốt 10 loại vào khuôn chày Các phận trình dập vuốt biến dạng chi tiết dạng cốc nh- hình 4.5 4.6 Hình 4.3 Các phận nguyên công dập vuốt Hình 4.4 ứng suất biến dạng bên chi tiết dập vuốt dạng cốc 85 Phôi dùng mô có đ-ờng kính 100 mm chiều dày phôi 2mm Kiểu l-ới phần tử PLANE182, phần tử có nút, có bậc tự do, hai tịnh tiến góc xoay Chày, phận chặn khuôn dập vuốt có dạng khối giả định Khe hở chày khuôn chiều dày vật liệu dạng Đặc tính vật liệu phôi là: Mô đun đàn hồi 200 GPa ứng suất chảy 250 MPa Hệ số Poisson 0.3 Lực sử dụng quy định để dịch chuyển chày uôn với chặn phôi 5kN; Hệ số ma sát phận 0.1 Thiết lập vật liệu đẳng h-ớng Thiết lập lần hai vật liệu không đẳng h-ớng theo Hill 10% Hình 4.5 Đại l-ợng ứng suất chống lại b-ớc dịch chuyển dài chày 86 Hình 4.6 Đại l-ợng dịch chuyển chống lại b-ớc dịch chuyển dài chày Từ hình 4.7 đến hình 4.11 phân bố ảnh h-ởng ứng suất lần thiết lập tính toán với khoảng dịch chuyển khác chày dập Từ hình 4.12 đến hình 4.16 phân bố ảnh h-ởng ứng suất lần thiết lập thứ hai tính toán với khoảng dịch chuyển khác chày dập Hình 4.17 thể ứng suất sau đàn hồi lại khoảng dịch chuyển 60 mm Hình 4.18 thể biến dạng sau đàn hồi lại khoảng dịch chuyển 60 mm Từ hình vẽ ta thấy chày giữ nguyên vị trí sau đàn hồi lại Hình 4.19 ứng suất khoảng 60 mm dịch chuyển hình 4.20 biến dạng khoảng 87 Hình 4.7 ứng suất khoảng 50mm dịch chuyển Hình 4.8 ứng suất khoảng 60mm dịch chuyển 88 Hình 4.9 ứng suất khoảng 70mm dịch chuyển Hình 4.10 ứng suất khoảng 80mm dịch chuyển 89 Hình 4.11 ứng suất khoảng 90mm dịch chuyển Hình 4.12 ứng suất khoảng 50mm dịch chuyển với vật liệu dị h-ớng 90 Hình 4.13 ứng suất khoảng 60mm dịch chuyển với vật liệu dị h-ớng Hình 4.14 ứng suất khoảng 70mm dịch chuyển với vật liệu dị h-ớng 91 Hình 4.15 ứng suất khoảng 80mm dịch chuyển với vật liệu dị h-ớng Hình 4.16 ứng suất khoảng 90mm dịch chuyển với vật liệu dị h-ớng 92 Hình 4.17 ứng suất khoảng 60mm dịch chuyển sau đàn hồi lại Hình 4.18 Biến dạng khoảng 60mm dịch chuyển sau đàn hồi lại 93 Hình 4.19 ứng suất khoảng 60mm dịch chuyển sau đàn hồi lại với vật liệu dị h-ớng Hình 4.20 Biến dạng khoảng 60mm dịch chuyển sau đàn hồi lại với vật liệu dị h-ớng 94 Hình 4.21 Mô hình tiến hành đàn hồi lại Kết luận Kết thu đ-ợc mô nh- báo tr-ớc sai hỏng hình dạng trình liên quan tới biến mỏng chiều dày chi tiết dạng cốc Đàn hồi lại cách tiếp cận trực quan cho tính xác mô hình Từ ph-ơng pháp giúp lựa chọn tối -u hóa thông số 95 KếT LUậN Sau thời gian làm việc nghiêm túc, tích cực khẩn tr-ơng, luận văn đ-ợc hoàn thành tiến độ Những nội dung đ-ợc thực luận văn nhằm nâng cao chất l-ợng cho sản phẩm chế tạo công nghệ dập bao gồm: - Tổng quan ngành gia công áp lực - Các vấn đề công nghệ công nghệ dập - Bản chất t-ợng đàn hồi ng-ợc - Các thông số ảnh h-ởng tới đàn hồi ng-ợc - Biện pháp kiểm soát t-ợng đàn hồi ng-ợc - Phân tích mô Kết nghiên cứu đề tài cho phộp ngi k s ỏnh giỏ ỳng kh nng bin dng cng nh cht lng ca sn phm dp v cú nhng phng ỏn ti u cỏc thụng s cụng ngh cho t c cht lng sn phm mt cỏch cao nht Luận văn đ-a ph-ơng pháp thiết kế công nghệ chế tạo khuôn mẫu nhanh chóng, hiệu quả, độ tin cậy cao mang tính công nghiệp nh- tối -u hoá công nghệ nhanh sử dụng phần mềm chuyên dụng mô số trình biến dạng; thiết kế kết cấu; gia công chế tạo Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng công nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn dập chi tiết có kích th-ớc lớn, hình dáng phức tạp Với thành công đề tài, tác giả hy vọng biện pháp kĩ thuật kiểm soát t-ợng đàn hồi lại đ-ợc ứng dụng để hn ch sai lch hỡnh hc ca sn phm dp tm, nõng cao cht lng sn phm 96 TI LIU THAM KHO Nguyn Mu ng: Cụng ngh dp to hỡnh kim loi tm, Nh xut bn KHKT, H Ni 2006 Nguyn Trng Ging: Thuc tớnh c hc ca vt rn, Nh xut bn Khoa hc v k thut, H ni 2004 Nguyn Trng Ging, Nguyn Vit Hựng: ANSYS v Mụ phng s cụng nghip bng phn t hu hn, Nh xut bn Khoa hc v k thut, H ni 2003 Nguyn c Trung : nh hng tớnh d hng ca vt liu tm ti cht lng sn phm dp vut; Influence of anisotropy of sheet metal on quality of stamping product; Tp Khoa hc & Cụng ngh cỏc trng i hc s 68/2008, ISSN 0868-3980, Tr 35-38 Nguyn Tt Tin: Lý thuyt bin dng kim loi, Nh xut bn Giỏo dc, H Ni 2004 Nguyn Tt Tin, Nguyn c Trung: Lý thuyt dp to hỡnh, Nh xut bn Bỏch Khoa H Ni, H Ni 2006 Nguyn Tt Tin: Nghiờn cu, thit k cụng ngh v ch to khuụn dp cỏc chi tit v xe ụ tụ Bỏo cỏo tng kt khoa hc ti cp nh nc KC.05.16 Nguyn c Trung, Trn Thanh Thy: Nghiờn cu bin phỏp nõng cao cht lng sn phm dp v ụ tụ nh mụ phng s Tp C khớ Vit Nam, S 6, thỏng 6/2011 ISSN:0866-7056 Nguyn c Trung: Nghiờn cu mụ phng cụng ngh dp vut s dng h thng chn gõn vut, Tp C khớ Vit Nam ISSN 0866-7056, Tr 33-36, s 03, thỏng nm 2010 10 Nguyn c Trung, Nguyn Trung Kiờn: Nghiờn cu ng dng phng 97 phỏp cp nht li bin dng mi nhm ti u thi gian tớnh toỏn mụ phng s quỏ trỡnh dp to hỡnh, using an adaptive meshing method to optimize the computational time by simulation of forming processes; Tp Khoa hc & Cụng ngh cỏc trng i hc s 69/2009, ISSN 0868-3980, Tr 61-65 11 Nguyn c Trung, Nguyn Trung Kiờn: Nguyờn cu quỏ trỡnh truyn nhit dp núng, Tuyn hi ngh c hc ton quc, 30 nm vin C hc v Tp C hc, H Ni 8.-9./4/2009 12 Nguyn c Trung, Lờ Trung Kiờn, Nguyn Trung Kiờn, Phm Tin Trung, Nguyn Vn Thnh: Phng phỏp nghiờn cu mi cụng ngh dp tm, Tp KHCN Kim loi, ISSN S 67/GP BVHTT, ngy 3/6/2005, s 23, thỏng 4/2009, trang 35-38 13 Nguyn c Trung, Phm Vn Ngh, Phm H Dng: ng dng gõn vut cụng ngh dp to hỡnh cỏc chi tit phc tp, Application drawbead by forming of complicated parts, Tp Khoa hc & Cụng ngh cỏc trng i hc s 56/2006, ISSN 0868-3980, Tr 74-78 14 Abbas Ghaei: Modeling Springback in Stamped Automovie University of Windsor,2009 15 Gawade Sharad, Dr V M Nandedkar: Spring back in Sheet Metal Bending- A Review IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering 16 Jaber Abu Qudeiri, Fayiz Abu Khadra, Abdulrahman Al-Ahmari, Usama Umar : Effect of Material and Geometrical Parameters on the Springback of Metallic Sheets Life Science Journal 2013 17 Kareem Najm Hussien: Finite element analysis of deep drawing and springback Al-Quadisiya Journal for Engineering, 2012 18 M.Kadkhodayan and R.Pourhasan: Springback simulation of friction aided deep drawing process.IIAC, 2009 98 19 M.A Osman, M Shazly, A El Mokaddem, A.S Wifi: Springback prediction in V-die bending Journal of Achievement in Materials and Manufacturing Engineering 20 Muhaed S Jafar & Shakir M Gatea: Study the effect of heat treatments on spring- back in U bending process International Journal of Metallurgaical & Materials Science and Engineering, 2013 21 Peng Chen: Experimental Investigation of Springback Variation in forming of high strength steels Jouarnal of Manufacturing Science and Engineering, 2008 22 Hứa Phát Việt Sổ tay thiết kế chế tạo khuôn, NXB Cơ Khí, 2001 V P RÔMANÔVXKI Sổ tay Dập nguội, NXB KH & KT, 1972 99 ... sản phẩm dập Những khuyết tật chủ yếu: - Sản phẩm không đạt đ-ợc kích th-ớc xác đàn hồi lại - Sản phẩm bị rách - Sản phẩm dập bị nhăn vành - Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc - Chiều cao sản phẩm không... ghép cho chi tiết dập độ xác vật dập cao - Dễ có khả khí hoá tự động hoá Hình 1.4 Hình ảnh sản phẩm dập nh- vỏ ô tô, sản phẩm gia dụng Khi chiều dày phôi nhỏ (th-ờng s mm), dập th-ờng đ-ợc thực... tạo hình sản phẩm công nghệ dập dập vuốt 1.3.1 Cỏc yu t nh hng n cht lng sn phm dp tm Trong công nghệ dập khuyết tật xuất ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm dập gây sai hỏng, phế phẩm cho sản phẩm