Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập các chi tiết có hình dạng phức tạp

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội đỗ toàn thắng đỗ toàn thắng NGNH CễNG NGH C KH Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập chi tiết có Hình dạng phức tạp luận văn thạc sĩ Ngành công nghệ khí KHO 2009 -20011 H Ni Nm 2012 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội TON THNG NGHIấN CU CễNG NGH CHN TA DP CC CHI TIT Cể HèNH DNG PHC TP Chuyên ngành : CH TO MY luận văn thạc sĩ Ngành công nghệ khí ngời hớng dẫn khoa học : TS NGUYN C TRUNG H Ni Nm 2012 Lí LCH KHOA HC (Dựng cho hc viờn cao hc) I S lc lý lch: nh 4x6 H v tờn: Ton Thng Gii tớnh: Nam Sinh ngy: 14 thỏng 12 nm 1983 Ni sinh(Tnh mi): Bc Thỏi Quờ quỏn: Quang Minh Mờ Linh Vnh Phỳc Chc v: Cỏn b n v cụng tỏc: Cụng ty c phn xõy dng v thit b cụng nghip CIE1 Ch riờng hoc a ch liờn lc: Th trn Quang Minh Mờ Linh H Ni in thoi CQ: in thoi NR: in thoi di ng: 0168 444 1042 Fax: E-mail: dotoanthangvp@gmail.com II Quỏ trỡnh o to: Trung hc chuyờn nghip (hoc cao ng): - H o to(Chớnh quy, ti chc, chuyờn tu) . Thi gian o to: t / n - Trng o to - Ngnh hc: Bng tt nghip t loi i hc: - H o to(Chớnh quy,ti chc, chuyờn tu): Chớnh quy Thi gian o to: t 9/2002 n 6/2007 - Trng o to i hc Bỏch Khoa H Ni - Ngnh hc: C khớ Bng tt nghip t loi TB Khỏ Thc s: - H o to: Thc s khoa hoc Thi gian o to: t 10 / 2009 n .10 / 2011 Chuyờn ngnh hc: Cụng ngh ch to mỏy - Tờn lun vn: Nghiờn cu cụng ngh chn ta dp cỏc chi tit cú biờn dng phc - Ngi hng dn Khoa hc: TS Nguyn c Trung Trỡnh ngoi ng (Bit ngoi ng gỡ, mc no): Ting Anh B1 III Quỏ trỡnh cụng tỏc chuyờn mụn k t tt nghip i hc: Thi gian 2007 - 2011 Ni cụng tỏc Cụng vic m nhn Cụng ty c phn khuụn mu chớnh xỏc m nhiờm vic thit k c v mỏy CNC khớ 2011- ty c phn xõy dng v thit b cụng m nhiờm vic thit k c nghip CIE1 khớ IV Cỏc cụng trỡnh khoa hc ó cụng b: Tụi cam oan nhng ni dung vit trờn õy l ỳng s tht Ngy thỏng nm NGI KHAI Kí TấN Mục lục Lời cảm ơn Mục lục Lời nói đầu Các từ viết tắt luận văn Chơng Tổng quan công nghệ dập 1.1 Vài nét công nghệ dập sản xuất khí 1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất chi tiết dạng 1.3 Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm dập vuốt 15 1.4 Mục đích, ý nghĩa luận văn 18 Chơng Nghiên cứu ảnh hởng lực chặn tới trình dập vuốt 21 2.1 ảnh hởng lực chặn trình dập vuốt 21 2.2 Phơng pháp xác định lực chặn 31 2.3 Các phơng tạo lực chặn thay đổi theo tọa độ 37 2.3.1 Phơng pháp thay đổi biên dạng hình học phôi 37 2.3.2 Phơng pháp thay đổi biên dạng hình học chặn 37 2.3.3 Phơng pháp tạo bề mặt chặn có hệ số ma sát thay đổi theo vị trí 38 2.3.4 Phơng pháp điều chỉnh lực chặn trực tiếp thiết bị 38 2.3.5 Phơng pháp sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt 38 2.3.6 Phơng pháp điều khiển lực chặn khuôn có hệ thống đàn hồi 42 2.4 Kết luận 57 Chơng Mô số trình tạo hình chi tiết vỏ két chứa nhiên 58 liệu 3.1 Giới thiệu phần mềm Dynaform 3.1.1 Giới thiệu chung phạm vi ứng dụng 58 58 3.1.2 Giao diện vận hành phần mềm 59 -1- 3.2 Thiết lập toán mô số trình dập tạo hình chi tiết vỏ két chứa 66 3.2.1 Các bớc thực toán mô 66 3.2.2 Mô trình dập tạo hình 76 Chơng Xác định lực chặn theo tọa độ dập chi tiết vỏ két chứa 80 nhiên liệu 4.1 Xác định lực chặn thay đổi theo vị trí 80 4.2 Giải pháp xác kết hợp lực chặn thay đổi theo vị trí bố trí gân vuốt bề mặt chặn 4.3 Kết luận 87 100 Kết luận 101 Tài liệu tham khảo 103 -2- Lời nói đầu Do tính u việt công nghệ gia công áp lực nh suất cao, chất lợng tốt, sản phẩm đa dạng, phong phú khả thay đổi kiểu dáng dễ dàng nên công nghệ vấn đề đợc trọng ngành khí Việt Nam, loại hình công nghệ phát triển công nghệ dập Với đặc điểm phơng pháp công nghệ sử dụng lực ép từ dụng cụ gia công để tạo hình chi tiết từ phôi có hình dáng từ đơn giản thành sản phẩm có hình dạng phức tạp đợc ứng dụng nhiều lĩnh vực, ngành công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp dân dụng, điện lạnh, hàng không vũ trụ, tàu thủy, quốc phòng, y tế Tại Việt Nam, năm gần công nghệ tạo hình vật liệu đợc ứng dụng phát triển rộng rãi, đặc biệt lĩnh vực sản xuất ô tô chi tiết vỏ xe có biên dạng phức tạp Đối với chi tiết có biên dạng phức tạp, việc sử dụng khuôn có kết cấu lực chặn không thay đổi thờng làm cho sản phẩm có chất lợng không cao, chi tiết thờng bị nhăn rách Theo nghiên cứu nhiều nớc tiến cho thấy chi tiết có biên dạng phức tạp, lực chặn phải thay đổi theo vị trí phụ thuộc vào hành trình chày Trong đó, Việt Nam, dập tạo hình thờng sử dụng chặn cứng, lực chặn phân bố Vì vậy, dập chi tiết có biên dạng phức tạp, mức độ dập vuốt thay đổi theo vị trí sản phẩm, nhà kỹ thuật nớc gặp nhiều khó khăn với hệ thống chặn có chặn cứng sản phẩm thờng có chất lợng thấp Do đề tài Nghiên cứu công nghệ dập tọa độ để dập chi tiết có biên dạng phức tạp đề tài thiết thực phục vụ cho thực tiễn sản xuất nớc ta Đề tài công nghệ chặn đóng vai trò quan trọng công nghệ dập Vì vậy, đề tài nghiên cứu phát triển công nghệ chặn tọa độ ứng dụng để giải vấn đề nhăn rách xuất dập chi tiêt có biên dạng phức tạp Giải đợc vấn đề công nghệ này, ta làm -3- chủ đợc vấn đề ảnh hởng lực chặn đa vào sản xuất tạo để sản phẩm có chất lợng cao Nội dung luận văn tập trung giải vấn đề tính toán lý thuyết giải tích mô số để đa lý thuyết quan trọng ảnh hởng lực chặn dập vuốt nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ chặn việc dập chi tiết phức tạp Luận văn đợc trình bày chơng Chơng trình bày vấn đề cần nghiên cứu công nghệ dập Những nghiên cứu ảnh hởng lực chặn tới trình dập vuốt dựa biến dạng dẻo kim loại với khái niệm lý thuyết, nguyên lý đợc trình bày chơng Chơng trình bày công nghệ chặn đàn hồi Chơng trình bày mô số trình dập tạo hình với sản phẩm cụ thể chi tiết bình xăng xe otô Phần kết luận đa vài tổng kết quan trọng hớng phát triển đề tài Hà nội, tháng 03 năm 2012 Tác giả -4- Các Từ viết tắt luận Văn Các phần mềm mô : ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, Catia ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị B Chiều rộng hộp mm bB Chiều rộng gân vuốt mm DBRF Trở lực kéo qua gân vuốt N/mm D0 Đờng kính phôi mm d Đờng kính chi tiết dập vuốt mm E Mô đun đàn hồi N/mm2 FNH, Q Lực chặn N, kN FZ Lực kéo phôi N, kN FBZ Trở lực kéo sinh gân vuốt N/mm F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 Các lực chặn theo vị trí N, kN FRN Lực ma sát cản trở chảy vật liệu N, kN h Chiều sâu vuốt cối mm hB Chiều cao gân vuốt mm K Mức độ dập vuốt kf ứng suất chảy vật liệu N/mm2 L Chiều dài hộp mm Mu Mômen uốn N/mm2 Pmax Lực dập vuốt cực đại N, kN q áp lực chặn riêng trung bình N/mm2 R Bán kính lợn mép vành mm Rm ứng suất bền vật liệu N/mm2 rB Bán kích lợn gân vuốt mm -5- rc Bán kính góc lợng cối mm rch Bán kính góc lợng chày mm rg Bán kính góc lợn góc hộp mm rN Bán kích góc lợn hốc gân cối mm S Chiều dầy vật liệu mm , Góc Rad max Hệ số dập vuốt tới hạn Hệ số dập vuốt , Toạ độ trụ Mức độ biến dạng logarit Hệ số ma sát n Mức độ biến dạng ứng suất tiếp N/mm2 k Trị số ứng suất tiếp cực đại N/mm2 Các ứng suất theo hớng N/mm2 ứng suất kéo hớng kính cực đại N/mm2 , , n max -6- - 90 - 10 Hình 4.14 bớc trình dập tạo hình Ta có kết toán Hình 4.15 Các vùng biến dạng - 91 - Hình 4.16 Thay đổi chiều dầy phôi Từ bớc biến dạng ta thấy sản phẩm không bị gấp góc nông, lựa chọn phơng pháp thêm gân vuốt hợp lý.Từ hình 4.15 Ta thấy vùng biến dạng có vùng màu đỏ chứng tỏ sản phẩm bị rách, nhiên vùng màu xanh nhiều ta giảm lực chặn góc góc 4, thành 3, giảm chiều sâu gân vuốt để không bị rách Trên sản phẩm sau dập không vùng không biến dạng gây dàn hồi, phần vành có vùng không biến dạng có vùng có khả nẳng nhăn nhiên không ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm Trờng hợp 5: Mô với chiều sâu gân vuốt mm Do góc thấp phôi không biến dạng ta giảm lực chặn thành thẳng T3 xuống 10%, giảm lực chặn góc thấp xuống 15 % ta mô trơng hợp Ta mô với lực chặn - 92 - G3: 40 kN T3: 180 kN T2: 120 kN G2: 26 kN G4: 40 kN T4: 120 kN T1: 160 kN G1: 26 kN Hình 4.17 Sơ đồ lực chặn trờng hợp Ta chọn kích thớc gân nh hình vẽ Hình 4.18kích thớc gân vuôt 5mm Ta thu đợc kết quả: - 93 - Hình 4.19 Các vùng biến dạng Hình 4.20 Thay đổi chiều dầy phôi Từ hình 4.19ta thấy vùng màu đỏ giảm bớt, xuất phần góc lợn thành thẳng,do sản phẩm bị rách góc cối phần màu vàng từ hình 4.20 ta thấy tỉ lệ biến mỏng 32% biến dầy 7% Trờng hợp 6: Mô với chiều sâu gân vuốt mm Ta mô trờng hợp giữ nguyên chiều sâu gân vuốt giảm lực chặn góc 3, góc 4, thành 10% Ta mô với lực chặn: - 94 - G3: 38 kN T3: 160 kN T2: 120 kN G4: 38 kN T4: 120 kN G2: 26 kN T1: 160 kN G1: 26 kN Hình 4.21 sơ đồ lực chặn trờng hợp Các bớc trình dập tạo hình: - 95 - - 96 - - 97 - 10 Hình 4.22 Các bớc dập trờng hợp Kết toán: - 98 - Hình 4.23 Các vùng biến dạng Hình 4.24 Thay đổi chiều dầy phôi Lực chày, chặn, gân vuốt tác dụng vào phôi - 99 - Hình 4.25 Lực tác dụng lên phôi Từ hình ta thấy tỉ lệ biến mỏng 31% biến dầy 7% Hình cho thấy không vung màu đỏ sản phẩm, nhiên ta thấy vùng màu vàng ta giảm chiều sâu gân sản phẩm thay đổi vật liệu có tính dẻo cao ta đợc sản phẩm vừa ý 4.3 Kết luận Qua nghiên cứu lí thuyết kết mô số cho thấy hiệu bật chặn đàn hồi gân vuốt dập chi tiết phức tạp, mức độ dập vuốt không đồng nh bình xăng xe ô tô Chặn đàn hồi cho phép thay đổi lực chặn vị trí điều khiển trình kéo kim loại vào cối đợc hợp lý Gân vuốt trờng hợp có khả điều khiển trình kéo kim loại vào cối đợc đồng giảm lực chặn vào phần vành Đựa mô số cho phép ta xác định đợc nhanh chóng thông số công nghệ phù hợp nh hình dạng xác chày cối, chặn hình dạng hình học gân vuốt nh vị trí gân vuốt vành Các kết dập chi tiết bình xăng cho thấy tính hiệu rõ rệt hệ thống chặn gân vuốt - 100 - Kết luận Để đáp ứng yêu cầu ngày cao đa dạng hoá sản phẩm, mức độ phức tạp, chất lợng sản phẩm dập tất lĩnh vực công nghiệp đặc biệt công nghiệp sản xuất khung, vỏ ôtô, nội dung luận văn, tác giả tập chung nghiên cứu thông số ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm trình dập vuốt Trong thực tế, có nhiều thông số công nghệ ảnh hởng tới trình mà thông số quan trọng lực chặn phôi Thống kê kết nghiên cứu cho thấy, Việt nam đa phần sử dụng công nghệ dập vuốt cổ điển với chặn cứng Đó nguyên nhân gây phế phẩm nhăn rách sản phẩm, kết nghiên cứu cho thấy, lực chặn số trình dập nh không thay đổi toàn bề mặt chặn, mà dập chi tiết có hình dáng đơn giản đến phức tạp, lực chặn hàm số phụ thuộc vào vị trí hành trình chày dập Cho đến nay, Việt Nam nhà kỹ thuật quan đến vấn đề nghiên cứu lực chặn, đề cập đến nhà ký thuật khẳng định thông số quan trọng hàng đầu Đó lời giải thích, việc dập chi tiết phức tạp lại gặp nhiều khó khăn không thực đợc Để bắt tay vào giải vấn đề này, tác giả nghiên cứu khảo sát đa phơng pháp xác định lực chặn trờng hợp đơn giản giải tích, thực nghiệm hay trờng hợp phức tạp công nghệ mô số Các kết nghiên cứu, xác định lực chặn cho thấy rõ áp dụng chặn cứng, hay phơng pháp chặn thông thờng không đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển lực chặn nh mong muốn trình dập vuốt Trong luận văn, tác giả khảo sát, thống kê phơng pháp khác áp dụng để điều khiển lực chặn thay đổi theo vị trí, hành trình chày dập đa phơng án có khả áp dụng cao Việt nam, sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt hay hệ thống chặn đàn hồi Trong phần nghiên cứu luận văn, tác giả nghiên cứu tính toán gân vuốt đa vài dạng gân vuốt nên tiêu chuẩn để đợc sử dụng rộng rãi thiết kế khuôn dập Điểm bật tính toán đợc gân vuốt ứng dụng mô số toàn trình Với việc sử dụng gân vuốt tơng - 101 - đơng cho phép việc thay đổi gân vuốt, lực chặn đơn giản nhanh chóng mô Kết nghiên cứu đợc chứng minh tính đắn khả dụng trờng hợp dập chi tiết phức tạp nh vỏ ôtô Không nghiên cứu hệ thống chặn có gân vuốt, nội dung nghiên cứu đề cập ứng dụng mô số để nghiên cứu hệ thống chặn đàn hồi áp dụng dập chi tiết hộp phức tạp Với việc so sánh kết trờng hợp khác khẳng định tính u việt phơng pháp chặn đàn hồi Tóm lại, xuất phát từ yêu cầu thực tiễn việc dập chi tiết có hình dạng phức tạp, luận văn sâu vào nghiên cứu ứng dụng phơng pháp chặn khác để điều khiển lực chặn cho kéo kim loại vào lòng cối đợc đồng để vừa nâng cao khả biến dạng kim loại, nhng đem lại chất lợng cao cho sản phẩm dập Chúng ứng dụng thành công phơng pháp chặn có gân vuốt dập chi tiết phức tạp Trong phần nghiên cứu tiếp theo, triển khai thực tiễn phơng pháp chặn đàn hồi để minh chứng tính khả dụng phơng pháp công nghệ dập Việt nam, đặc biệt sản xuất vỏ ô tô Qua góp phần nâng cao kết nghiên cứu lý thuyết ứng dụng thực tiễn phơng pháp, nh thúc đẩy thêm phát triển ngành công nghệ dập Việt Nam - 102 - Tài liệu tham khảo Nguyễn Mậu Đằng (2006), Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Trọng Giảng (2004), Thuộc tính học vật rắn, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn Trọng Giảng, Nguyễn Việt Hùng (2003), ANSYS Mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn Tất Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung (2006), Lý thuyết dập tạo hình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội TS Phạm Văn Nghệ, TS Nguyễn Đắc Trung, ThS Phạm Hà Dơng, ứng dụng gân vuốt công nghệ dập tạo hình chi tiết phức tạp, Tạp chí khoa học & công nghệ (2007) YA.M.Okhrimenko : Cụng ngh sn xut rốn dp, NXB.Matxcova (1976) Besdo, D.; Et Al.: Simulation von Blechumformprozessen mit der Methode der Finiten Elemente In: Fortschritte in der Werkzeugtechnik, Verlag Meisenbach,Bamberg (1995) Traversin, M.; Kergen, R.:Closed Loop Control of the blank-holder force in deep drawing Journal of Materials Processing Technology, Band 50 (1995) 10 Hsu, C.-W., Ulsoy, A G., and Demeri, M Y., 1998, Modeling for Control of Sheet Metal Forming, 1998 Japan-USA Symposium on Flexible Automation, Otsu, Japan, Proceedings, Vol III, pp 11431148 11 Hohnhaus, J.: Optimierung des Systems Zieheinrichtung / Werkzeug Neuere Ent wicklungen in der Blechumformung, Hrsg.: Siegert, K., Stuttgart, 1998 12 Schmoeckel, D.; Huber, R., Anwendungsspezifische Weiterentwicklung des Hyd-raulischen-Rohr-Innendruck-Umformens zu Herstellung hohlformiger Bauteile der Automobil- und Geraetebauindustrie, EFB-Bericht 138, - 103 - Europọischen Forschungs-gesellschaft fỹr Blechverarbeitung e.V., Hannover, 1999 13 Hohnhaus, J.:Optimierung des Systems Vielpunktzieheinrichtung / Werkzeug Dissertation Universitọt Stuttgart, DGM Oberursel (1999) 14 K Siegert,B Losch, Sheet Metal Hydroforming, In: K Siegert (Editor) Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals, Vol 1, MAT-INFO Werkstoff- Informationsgesellschaft mbH, Frankfurt 1999 15 A Gehle,T Khandeparkar, Equipment and die Design Optimisation of Hyfromechanical Deep Drawing, In: M Liewald (Editor) Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals, Vol 4, MAT-INFO WerkstoffInformationsgesellschaft mbH, Frankfurt 2005 16 Heinrich Markstaedter, Andreas Gehle, FEM Process Simulation Using a Segmented-Elastic Blank Holder with LS-DYNA, Institute for Metal Forming Technology (IFU), Universitaet Stuttgart 17 Fuh-Kuo Chen, and Yeu-Ching Liao, Finte elemnt analysis of draw-wall wrinkling a stamping die design, Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan, R.O.C 18 H Vegter, C ten Horn, Y An, E Atzema, H Pijlman, T van den Boogaard, H Huotink, Characterisation and modelling of the plastic material behaviour and its application in sheet metal forming simulations, VII Int Conf on Computational Plasticity, E Ouarte and R Owen (Eds), (2003) - 104 - ... tài công nghệ chặn đóng vai trò quan trọng công nghệ dập Vì vậy, đề tài nghiên cứu phát triển công nghệ chặn tọa độ ứng dụng để giải vấn đề nhăn rách xuất dập chi tiêt có biên dạng phức tạp Giải... gặp nhiều khó khăn với hệ thống chặn có chặn cứng sản phẩm thờng có chất lợng thấp Do đề tài Nghiên cứu công nghệ dập tọa độ để dập chi tiết có biên dạng phức tạp đề tài thiết thực phục vụ cho... hởng lực chặn dập vuốt nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ chặn việc dập chi tiết phức tạp Luận văn đợc trình bày chơng Chơng trình bày vấn đề cần nghiên cứu công nghệ dập Những nghiên cứu ảnh hởng