Công nghệ tạo hình kim loại tấm nguyễn mậu đằng, nguyễn như huynh, phạm hà dương

TRƯÒNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NĂM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN NGUYỄN MẬU ĐẰNG (AẻPC (Atêít cả^ị^ cAuHỳ tà i Xin vui lòng: ٠ ٠ L1 I I I I tâm Không xé sách Không gạch, viết, vẽ lên sách TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẰ NỘI 50 NẰM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN 1956 - 2006 NGUYỄN MẬU ĐẰNG CÔNC NQHỆ TAO h In h kim L0 I TfÌM ĨRƯỮH6BẠ1 HỌCNỈì;.Íị ‫؛‬Ạgc ''ĨHƯ V ‫؟‬Ệf7 ^ /Ị S NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NÔI ị TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH KIM LOẠI TAM Biên soạn: NGUYỄN MẬU ĐẰNG ThS NGUYỄN NHƯ HUYNH ThS PHAM HÀ DƯƠNG Chịu trách nhiệm xuất bản: Biên tập sửa bài: PGS TS TÔ ĐẢNG HẢI ThS NGUYỄN HUY TIẾN NGỌC LINH HỒNG GIANG HƯƠNG LAN Trình bày bìa: NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 Trần Hung Đạo - Hà Nội In 1.000 cuốn, khơ 19 X 27cni, Xu(ỹng in NXB Vàn hố Dân tóc Q uyết định xuất bán só: 136-2006/CXB/379-06/KHK T ngày 23/3/2006 In xong nộp lun chiếu Quý III nãin 2006 LỜI NĨI DẦU C ị ĩig agKệ tạ o K in K k im lo a i tá m la m ột p k ầ a сйа cOag a g k ệ g ia cOag k lm lo i b ằ a g áp lự c lu k ằ m la m bien d a n g k lm lo i đ ể n k ậ n đưỢc c c c k l tiế t cO H in k d n g ٧ a k ic k tk ỏ c m on g m nốn Đ a ‫ ﻻ‬la m ột lo a i k ln k cô n g n g k ệ d a n g dược ứ ng d a n g r ấ t rộ n g r ũ l tro n g n k lề n n g d n k cOng n g k lệ p k k c n k a n , d ặ c b iệ t la tro n g li n k I١ực k‫ ﻵ‬t k n ậ t d iệ n ٧a d iệ n tử١ cOng n g k lệ p c k ế ta o ôtô, cô n g n g k lC p k a n g kkO ng cOng n g k lệ p s ả n ^nẩt k d n g tiên dan g, cOng n g k lệ p q n ố c p kO n g, tk ự c p k ẩ m ١ k o d ck d t, ‫ ﻻ‬tế,., s ố dl, dưỢc ứ n g d ụ n g rộ n g r d l n k ٧‫ ﻻة‬la d o nO cO n k lề a a d lể m n ổ l bộ-t so uớl cdc lo a i k ln k công ngkệ k k c: cO t k ể k k l k o ٧a tự d ộ n g kod cao: n d n g s a d t r ấ t cao, g iá t k d n k sản p k d m k a ١ tiết k iệ m n g a ‫ﺟﻼ‬n uật llệ a ٧ a tậ n d a n g dưỢc p k ế ll ệ a ‫ ؛‬đ ặ c biệt q a t r ln k biến d q n g dèo n g a ộ Ì Id m c k o độ bền củ a c h i tiế t ta n g lên CaOn sdck 0٠‫ لالمغ‬dược sử dạng lam giáo trlnk giảng da ‫ ﻻ‬cko sin k olên ngdnk Cơ kkl cka ‫ﺟﻼ‬n ngdnk Gla cOng áp lực сйа Trương Đal kọc Bdck Kkoa H a Nộl, đồng tkơl cO tk ể s dạn g cko ‫ ﻵدآ‬sư ٧ a cán k‫ ﻵ‬tkaật ігпк uực gla công k lm loql υα cdc ngdnk lien qaan Caô'n sdck dược pkdn cOng biên soqn nkư saa.: N gaỵễn M ậa s ằ n g TkS N ga ‫ﻻ‬ền N kư Haỵnk; Ckương TkS, P kqm H a Sương: Ckương Bộ m ồn Gla cOng áp lực, Trương S q l kqc Báck Kkoa H a Nộl, R ấ t m o n g n k ậ n dư ợ c n k ữ n g ‫ ﻻ‬kiến dOng góp, ‫ ﻻ ى‬d ự n g с й а cd c b a n đ n g n g k l٩p ٧a dộc g ld d ể c a ố n sá ck k o d n k ả o kơ n tro n g lầ n td l X ln c k d n t k n k m ơn b a n s‫ ا‬n k ulèn ٧a dộc g ld d a s d n g υα g ó p ‫ﻻ‬ c k o caốn s c k n a ‫ﻻ‬ H Nội, th n g n ă m 2005 C c t c g iả MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Chương I DẶC ĐIỂM CƠNG NGHỆ VÀ OANH g iá KHẢ NẢNG DẬP CỦA KIM LOẠI TÂM 1.1 Klm loại băng 9 1.1.1 Khái niệm dập 1.1.2 Kim loại băng 10 1.2 Sự thay dổi tinh chất thép theo thời gian trinh gia cOng 13 1.2 1.S ự hóa già biê'n dạng 13 1.2.2 Mạt trượt 13 1.2.3 Sự phát sinh tượng ăn mOn (gỉ) 14 1.3 Vật liệư phi kim loại 15 1.4 Đánh giá khả nâng dập vật liệu 16 1.4.1 Khảo sát hóa-iy 17 1.4.2 Thử tinh chất co học (thử kéo) 19 1.4.3 Thử cdng nghệ 23 1.4.3.1 Thử cắt dột 23 1.4.3.2 Thử bẻ uốn 23 Ι.4.3.3 Thử chiều sâu vết lõm tạo hình 24 1.5 Định nghĩa ١'à phân loại nguyên cOng dập 27 Chương NGUYỀN CÔNG CẮT 2.1 Cắt vật liệu ống 35 35 2.1.1 Nguyên ly biê'n dạng khe hO tối tru 35 2.1.2 Cắt máy cắt có litỡi dao chuyển dộng tịnh tiê'n 39 2.1.3 Cắt máy c,ắt ,có lưỡi, dao chuyển dộng quay 43 2.1.4 Cắt ống khuôn 50 2.2 Cắt hlnh dột lỗ khuOn 52 2.2 Ảnh hường khe hở dến trị số ١'à dấu biến dạng dàn hồi 52 2.2.2 Kích thirớc làm việc cíia chày cối 55 2.2.3 Lực cắt công biến dạng 58 2.2.3.1 Lực cắt hình đột lỗ 58 2.2.3.2 Lực đẩy-gỡ sản phẩm phế liệu 59 2.2.3.3 Công biến dạng 61 2.2.4 Các phương pháp giảm lực biến dạng 61 2.2.5 Đặc điểm trình cắt đột vật liệu phi kim loại 63 2.2.6 Dập liên tục phối hợp (dập liên hợp) 65 2.2.7 Hình dạng kết cấu cối chày 66 2.2.7.1 Hình dạng kết cấu cối 66 2.2.7.2 Hình dạng kết cấu chày 67 2.3 Cắt hình đột lỗ xác, gọt khn 69 2.3.1 Phương pháp cắt hình đột lỗ xác 69 2.3.2 Ngun cơng gọt (cắt tinh) 74 2.4 Xếp hình sản phẩm 76 2.4.1 Chỉ tiêu kinh tế việc xếp hình 76 2.4.2 Các dạng xếp hình vật liệu lĩnh vực sử dụng 77 2.4.3 Chọn phương án xếp hình 80 2.4.4 Tối ưu hố việc xếp hình sản phẩm nhờ máy tính 84 Chương NGƯYÊN CÔNG UỐN 89 Sự phân bô' ứng suất biến dạng theo chiều dày phơi uốn 89 3.2 Kích thước phơi uốn 92 3.3 Lực uốn mômen uốn 95 3.3.1 Lực uốn uốn gổc 3.3.2 Lực biến dạng uốn hai góc 96 100 3.4 Biến dạng đàn hồi uốn Các phương pháp để giảm biến dạng đàn hồi 101 3.4.1 Biến dạng đàn hổi uốn chi tiết góc 101 3.4.2 Biến dạng đàn hồi uốn chi tiết hai góc (dạng chữ U) 105 3.4.3 Các phương pháp giảm,biến dạng đàn hồi uốn 107 3.5 Bán kính uốn nhỏ cho phép 107 3.6 Uốn prôphin ống 110 3.6.1 Uốn máy có bàn quay 112 3.6.2 Uốn có kéo 112 3.6.3 Uốn ống 114 3.6.4 Uốn có nung nóng cục 117 Chương NGUYÊN CÔNG DẬP VUốT 4.1 4.2 4.3 4.4 Các phương pháp dập vuốt Dập vuốt khơng có chặn phơi Dập vuốt có chặn phơi Tính tốn cơng nghệ 4.4.1 Kích thước hình dạng phôi 4.4.2 Lực công biến dạng, lực chặn phôi 4.4.3 Mức độ biến dạng giới hạn 4.4.4 Xác định số ngun cơng kích thước phơi ngun cơng trung gian dập vuốt chi tiết hình trụ 4.4.5 Ví dụ 4.5 Dập vuốt chi tiết trịn xoay hình dạng phức tạp 4.5.1 Dập vuốt chi tiết hình trụ có vành rộng 4.5.2 Dập vuốt chi tiết hình trụ bậc 4.5.3 Dập vuốt chi tiết hình 4.5.4 Dập vuốt chi tiết bán cầu 4.6 Dập vuốt liên tục nhiều nguyên công băng 4.7 Dập vuốt chi tiết hình hộp 4.7.1 Trạng thái ứng suất biến dạng 4.7.2 Xác dịnh kích thước hình dạng phôi 4.7.3 Lực dập vuốt 4.7.4 Mức độ dập vuốt, hình dạng kích thước bán thành phẩm nguyên công trung gian 4.7.5 Gân vuốt trị số khe hở chày-cối 4.8 Đặc điểm q trình dập vuốt chi tiết vỏ ơtơ 4.9 Dập vuốt chi tiết hình trụ có biến mỏng thành 119 119 123 126 136 136 143 146 150 152 155 155 158 159 162 164 166 166 168 171 4.9.6 Đặc điểm kết cấu khuôn dụng cụ 4.10 Dập vuốt chi tiết chất dẻo 174 176 177 179 179 183 183 184 187 189 192 4.11 Những phương pháp bôi trơn làm nguội dập vuốt 194 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4 4.9.5 Trạng thái ứng suất biến dạng Kích thước hình dạng phơi Lực biến dạng Tính tốn cơng nghệ Ví dụ Chương CÁC NGUN CƠNG TẠO HÌNH KHÁC 5.1 Ngun cơng lên vành lỗ 5.1.1 Trạng thái ứng suất biến dạng 196 196 196 5.1.2 Lực biến dạng 197 5.1.3 Tính tốn cổng nghệ 198 5.1.4 Lên vành vịng phơi phảng 5.1.5 Những phương pháp lên vành đậc biệt 201 5.1.6 Lịn vành có biến mỏng 5.1.7 Ví dụ 203 206 208 5.2.1 Trạng thái ứng suất biến dạng 210 210 5.2.2 Lực công biến dạng 214 5.2.3 Hệ số tóp cho phép 216 5.2.4 Kích thước phơi lóp 220 220 221 221 5.2 Ngun cồng tóp 5.2.5 Các đặc điểm kết cấu khuôn 5.3 Nguyên công giàn rộng (nong) 5.3.1 Trạng thái ứng suất biến dạng 5.3.2 Lực công biến dạng 5.3.3 Hệ số giãn rộng giới hạn 226 5.3.4 Kích thước phơi giãn rộng 229 5.3.5 Khuôn để giãn rộng 230 227 5.4 Tạo hình phơi 231 5.5 Tạo hình doạn phơi ống 5.6 Ngun cịng nắn bề măt phẳng măt cong hình xuyến 236 241 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP TẢNG CƯỜNG SỤ BIÊN DẠNG CỦA PHÔI 244 6.1 Sự phối hợp số nguyên cơng tạo hinh nìộl khn 244 6.2 Tác dộng lực phụ lên phôi 6.3 Tạo trường nhiệt độ không đồng ổ biến dạng 246 vùng truyền lực 249 6.4 Giảm nhẹ lực ma sát có hại nâng cao lực ma sát có ích dập vuốt 252 6.5 Dập vuốt xung 254 6.6 Tạo ổ biến dạng cục 256 Chương C.ÁC PHƯƠNG PHÁP DẬP TÂM BÀNG XƯNG LƯỢNG 7.1 Dập xung lượng chất nổ 258 7.2 Dập bàng xung điện ihuỷ lực 258 261 7.3 Dập xung lực lừ trường 264 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KÊ KHN DẬP TÂM 268 8.1 Phân loại khn 268 8.2 Phương pháp thiết kế khuôn 269 271 8.3 Các kết cấu khn điển hình 8.3.1 Khn cắt - đột 8.3.2 Khn để cắt hình đột lỗ xác 8.3.3 Khuôn để uốn 8.3.4 Khuôn để dập vuốt khn liên hợp 8.4 Các chi tiết điển hình cụm lắp ráp khuôn 8.4.1 Các chi tiết khuôn 8.4.2 Vật liệu nhiệt luyện chi tiết làm việc khuôn 8.4.3 Độ bền chi tiết làm việc khuôn 8.4.4 Nguyên tắc thiết lập vẽ lắp khn 8.5 Tính tốn chi tiết khuôn độ bền độ ổn định 8.5.1 Tính tốn chày 271 276 277 282 289 289 289 291 292 293 293 8.5.2 Tính tốn cối 8.5.3 Tính tốn đế khn 296 297 8.5.4 Tính tốn cấu đệm, đẩy 300 8.5.5 Xác định trung tâm áp lực khn 303 8.5.6 Chiều cao kín máy khuôn 304 306 8.5.7 Chọn máy ép Chương MƠ PHỎNG SỐ Q TRÌNH BIẾN DẠNG VÀ THIẾT KẾ KHN VỚI Sự TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 9.1 Mơ sơ' q trình biến dạng 9.1.1 Giới thiệu chung 309 309 309 9.1.2 Mô số công nghệ ảo 310 9.1.3 Trình tự giải tốn mơ số q trình biến dạng 9.1.4 Một sơ' ví dụ 311 311 9.1.4.1 Mơ q trình dập tạo hình thể tích 9.1.4.2 Mơ q trình dập vuốt chi tiết trịn xoay 9.2 Thiết kế khn với trợ giúp máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO 311 315 316 320 Chươìĩg ‫ر‬ ĐẶC Đ IỂ M CƠNG NGHỆ VA Đ.ÁNH GIÁ KHÁ NANG DẬP C Ủ A ‫ ﺀ‬٤‫ ا‬٩‫ ا‬LOAI TÂM 11 KIM LOẠI TẪM VÀ BẢNG 1.1.1 Khá! niệm vể dập Quá trluh còng nghệ íồn tác dộng ti٠ực tiếp lànì thay dổi hlnh dạng ١ kích thước, t-ính chất trạng thái phôi ban dầu dể dạt dược mục dích dó Q trinh cOng nghệ bao gổm nguyên cOng dược xếp ilieo trìnli tự định Dập phẩn trinh cOng nghệ bao gồm nhiều nguyên cOng cOng nghệ khác nhằm làm biến dạng kim loại (băng dải) dể nhận dược chi tiết có hlnh dạng kíclt thttớc cần thiết xơi thay dổi khơng dáng kể chíều dày cùa vật liệu khong cỏ phế liệu ‫ ة‬dạng phoi Dập thtrOng dược thực với phoi trạng thiíi nguội (nên cịn dược gọi dập nguội) chiềti dày phoi nhỏ (thường s < mm) phải dập với phoi ỏ trạng thái nOng chiều dày vật liệu lớn Nguyên cOng phần trinh cổng nghệ dược lht.rc hay số cỏng nhcìn ‫ ة‬một vị tri định ti'ên máy bao gồm toàn tác dộng liên quan dể gia cồng phơi cho Ví dụ: Cắt hlnh, dột lỗ, dập vuOt, uốn Ѵ.Ѵ - Khi dập, ngun cOng chia tlìànll Cílc birớl' \:ìx bước bao gồm số động lác - Dộng tác tác dộng có mục dích qui luật cồng nhân (chảng hạn dưa phoi dến vị tri khuôn, dặt phoi vào khuôn cho khuOn làm việc Ѵ.Ѵ ) ٠ ưu điểm cUa sản xuất dập tấm: - Có thể thi.rc cOng việc phức tạp dộng tác đơn giản thiết bị khuOn - CO thể chế tạo n h g chi tiết phức tạp mà phương pháp gia cOng kim loại khác khOng thể khó khăn - Độ chinh xác chi tiết dập tương dối cao, dảm bảo lắp lẫn tốt, khOng cần qua gia cOng - Kết cấu chi tiết dập cứng vững١ bền nhẹ, mức độ hao phi kim loại khOng lớn dó: h - hành trinh dầu trượt; M " trị số điều chinh độ dàl tay biên; Hmax" chiều cao kin lớn nhâ.t máy; L - khoảng cách từ bàn máy dến dẫn hướng; R - độ vươn, khoảng cách từ trục dầu trượt dến thân máy; Ai, Bị - kích thước cUa b،١n máy (khOng ghi hình vẽ); A, B - kích thước bàn máy phụ; a, b - kích thước lỗ bàn máy; H ị - chiều dày bàn máy phụ; D - dường kinh lổ bàn máy phụ; KxS - kích thước mặt dầu trượt; dx/ - kích thước lỗ lắp cuống khuOn dầu trượt; N - khoảng cách từ dẩy dê'n mặt dầu trượt; Hmin - chiều cao kin nhỏ máy H ‫ي‬ O m in T_ĩ П тах _M ‫ل‬٧ ‫ل‬ Hkhuiĩn - chiều cao kin khuOn; dk١ /k - kích thước ctiOng khuOn: dk = d + 0,5; /k < / Khi thiết kế khuOn dể đảm bảo cho khi!ôn làm việc an toàn chắn, thi chiều cao kin khuOn cần thoả mSn diều kiện: Hmax - ‫ ق‬Hkhmm ‫ة‬ Hmin + 10 (8-29) ThOng thường khuOn dược tliiết kế gần với chiều cao kin lớn nhít, dó chiều dài tay biên nhỏ an tồn, chắn gi,ảm dirợc chiều cao cíia khuOn kill mài lại 8.5.7 Chọn máy ép Khi tínli tốn thiết kê' QTCN cho chi tiết dập bất kỳ, dể dảm bảo tinh kinh tế chUng ta cần tiến hành chọn máy ép cho nguyên công, cho thực dược nguyên cOng dó với chi phi thấp nhanh Khi chọn máy ép cho ngun cơng chUng tít phải tn theo số nguyên tắc sau: Loại máy ép trị số hành trinh máy ép cần phải phù họp với nguyên cOng cOng nghệ Lực cOng tác dược tạo bOi máy ép cẩn phải lớn hon lực cOng nghệ chUt dể thực nguyên cOng 306 Cong suất máy cẩn phải dù dể tht.rc h‫؛‬ện nguyên công Chiểu cao kin cíia máy cấn phải phù hợp \'ớỉ chiều cao kin khuOn Kích thước dầu trượt bàn máy cần đảm bảo ٤ ắp dược khuôn co cấu cấp ph‫إة‬١trưyển phoi tuỳ tírng trường hợp cụ thể, lỗ bàn máy cần đíi cho chi tiết (hoặc phế liệu) rơi tự Ѵ.Ѵ Số hành trinh đẩu trượt/phút cần phải đủ lớn dể cho nảng suất cao Tuỳ theo nguyên cOng, cần phải dự tinh trước khả sử dụng cấu câ'p phoi tự dộng ١các thiết bị dệm dẩy tháo gỡ sản phẩm ١phế liệu Ѵ.Ѵ Thuận tiện an toàn cho người cOng nhân sử dting Một số điểm cẩn ý chọn máy: - Khi chọn máy cho nguyên cOng dập vtiOt, cần y diều kiện hành trinh máy, chi tiết dược dẩy ngược khỏi cối thl hành trinh máy cần phải lớn hai lần chiều cao chi tiết, Máy cần có cấu chặn đẩy tốc độ phù hợp ٠Nếu chi chọn máy theo lực thi chưa dU xảy trường hợp tải cOng suất VI cẩn phải phân biệt tải trọng lực tải trọng cOng suất Có thể xảy ba trường hợp tải: + Máy ép bị tải theo Itrc cho phép: máy ép bị tải theo lực cho phép (lực ép danh nghĩa) xảy tượng biến dạng phá huỷ chi tíết m áy ١chẳng hạn bị cong trục, gẫy vỡ bánh rãng ١cắt ren tay biên‫ ؛‬cong gẫy tay biên Ѵ.Ѵ Dối với máy ép trục khu‫ ؛‬u thân hở (dạng chữ c)thì cong trục nứt vờ thân máy có ổ dỡ trục Ѵ.Ѵ Đối với naáy ép trục lệch tâm thi cỏ thể cong trục vỡ ổ dỡ Ѵ.Ѵ Nếu máy ép dược trang bị cấu chOng tải thl phá vỡ câ'u chống tải, bảo vệ dược chi tiếtm dy + Máy ép b‫ ؛‬quá tải thờí lực cOng suit: (chẳng hạn dập chồng hai phoi khtiOn uốn hay khuOn tạo hlnh, cắt + vuOt pliOi hợp chi tiết sâu ) Trong trường hợp tải thường xảy tượng kẹt máy điểm chết gãy cấu đóng mơ ly hợp Việc khắc phục tượng phức tạp tốn kém, thời gian Doi phải phá huỷ chi tiết khtiOn thl khắc phục dược Một sO' máy ép dược thiết kế có hẹ thống cứu kẹt thi v‫؛‬ệc khắc phục thuận lợi + Máy ép bị tải vể cOng suất khOng tải lực: trường hợp thương xảy hãm giảm dột ngột số vOng quay bánh dà, gây tượng trượt khOng cho phép dộng diện, làm nóng cuộn dây cháy dộng Khi chọn máy theo lực cẩn phải chU ý la lực cần thiết dể thực ngun cơng cOng nghẹ bao gồm nhiều thành phần, cẩn phải xác định lực cOng nghệ chinh xác 307 theo công thức phù hợp với tírng ngun cơng trnờng hợp cụ thể Lực danh nghĩa máy cẩn thoả mãn: ?danh nghia — ?coiig nghệ —p + Q tiệm, tlâiy ( “2 ) Bởi máy ép thường dược che' tạo vớĩ trị sổ ІІ.ГС danh nghĩa khoảng định (ví dụ: ,3 Iá'n: !0 tấn; 16 tấn; 25 tấn; 40 tâ.n; 63 tấn; 80 Ѵ.Ѵ ) chọn máy thường chọn dược máy ép có lực danh nghĩa trùng với lực cơng nghệ Vì thường chọn máy ép có lực danh nghĩa lớn hon, dó nâng cao dượt độ cứng vững máy, giảm biến dạng dàn hồi thân máy dó nang cao dược tuổi thọ khuOn Ngồi cịn ngăn ngừa dược gẫy hOng chi tiê't máy tải dập phoi dày hon so với tinh tốn sai sót qúa Irlnh tinh tốn Diều có y n^hla dặc biệt quan trọng dập tinh chinh; dập mặt dặp khOi Dối với máy ép trục khuỷu, lực cực dại (danh nghĩa) thtrOng dạt dược cuối lành trinh làm việc Trong catalog máy, trị số lực danh nghĩa thường ứng với góc quay a = 20 ^ 30(‫ا‬ Vì dối với nguyên cOng có trl số hành trinh làm việc lớn cẩnchú ý tải lực Lt.rc tạo máy ép trục khuỷu ‫ة‬ hành trinh làm việc vào khoảng 40 50 ‫ب‬ % so với lực ép danh nghĩa, thực nguyên cOng cắt linh, dột 1Ỗ١dập uốn đảm bảo an tồn dập vuốt sâu thl cẩn phải ،em xét, ý Khi dó lực dập vuốt cực dại theo tinh toán cẩn thoả mẫn Pjv < 0,5 0,6 ‫ب‬lực nghĩa máy Nếu dập vuốt nOng ? , ‫ل‬ ٧‫ ة‬0 ‫ا‬7 ‫؛‬ lire danh nghĩa máy Nói chung dập vuốt, tốc độ biến dạng cẩn phảí phù hợp với loại vật liệu má ۶ép thuỷ lực dUng cho nguyên cổng dập vuốt thuận lợi hon có tốc độ chậm hẩu nhu khOng thay dổi lực tổc độ suốt hành trinh làm việc Các máy ép thu‫ '؛‬ІІ.ГС chuyên ،lUng dể dập vuốt thường máy song dộng tam dộng Người ta so n g d ộ n g trụ c 308 chế tạo mổy ép khuỷu có triỊC hành trin h chậm khuỷu chun díing dể d ập vuOt dó náy Chương Mổ PHỒNG số QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG VÀ THIẾT KẾ KHUÔN VỚI Sự TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 9.1 M PH ỎNG SỐ Q TR ÌN H BIẾN DẠNG 9.1.1 Giới thiệu chung Mơ tính tốn q trình biến dạng lớn nói chung vật liệu nói riêng phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp ứng dụng rộng rãi đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển Bằng phương pháp mơ sơ' xác định phân bố biến dạng, ứng suất, trường tốc độ biến dạng, trường nhiệt độ vật thể biến dạng kể tượng phế phẩm Có thể mơ trường ứng suất dư xuất chúng trình tạo hình để từ thay đổi hình dạng hình học phổi, dụng cụ biến dạng, thay đổi điều kiện cơng nghệ để tối ưu hố q trình, giảm thiểu thời gian cơng sức tiền bạc cho việc chế thử Phương pháp mơ sơ' địi hỏi người thiết kế phải nám vững vấn đề học trình biến dạng lớn, thuộc tính học cùa vật liệu, phương pháp phần tử hữu hạn công nghệ Nhà chuyên môn biết sử dụng cơng cụ mơ số q trình mà cịn phải biết phân tích dánh giá kết q tính tốn kết hợp với liệu rút từ thực tê' sản xuất Khơng q trình biến dạng dập lấm q trình 3D khơng dễ mơ tả mơ hình 2D lương đương Lưới phần tử cần thiết để thực mô lớn, liên quan tới mơ hình vật liệu đàn dẻo dẻo tức thời kết hợp với tốn tiếp xúc nên địi hỏi thời gian tính tốn lớn Chính lí mà tốn mơ phịng 3D q trinh dập tạo hình gần nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Thơng qua việc hồn thiện thuật tốn chương trình tính tốn cơng suất cùa máy tính ngày nâng cao nên ngày mơ q trình biến dạng chi tiết lớn hình dạng phức tạp vvorkstation với thời gian tính tốn rút ngắn đáng kể Điều đặc biệt có ý nghĩa doanh nghiệp sản xuất góp phần nâng cao lực cạnh tranh rút ngắn thời gian đổi mẫu mã sản phẩm Hiện giới có nhiều chương trình phần mềm mơ q trình biến dạng lớn phần tử hữu hạn Bảng 9.1 giới thiệu chương trình 309 Bảng 9.1 Danh mục phần mềm mơ phòng số sử dụng rộng rãi giới Tên Hãng sản xuất, nước Áp dụng ABAQUS USA, HKS Biến dạng khối, MARC MARC, USA Biến dạng khối, EPDAN 1FUSTGT, Đức Biến dạng khối INDEED INPRO, Đức Biến dạng ROBUST Prof Nakamachỉ, Japan Biến dạng DEDRAN vw, Gedas Biến dạng DEFORM BATELLE, Mỹ - Đức Biến dạng khối, rèn FORGE2/3 CEMEF, France Rèn DYNA 3D LSTC,USA Phá huỷ, khối, PAM-STAMP ESI, Đức - Pháp Phá huỷ khối.tấm ABAQUS - explicit HKS, Mỹ Phá huỷ, khối, ANSYS /LS -DYNA 3D LSTC, Mỹ Phá huỷ, khối, 9.1.2 Mô s ố công nghệ ảo Mô số kết hợp mơ hình q trình phương pháp số giải mơ hình q trình Điều minh hoạ hình 9.1 Hình 9.1 Bản chất mô số công nghệ ảo 310 Gắn mô số với điều kiện công nghệ cụ thể nhằm thực tối ưu hố q trình công nghệ nhận “công nghệ ảo” ٦ ١ rong mồ số mơ hình hố q trình khâu then chốt, đóng vai trị quan trọng, cịn phương pháp số ứng dụng để giải mơ hình cịng cụ thực Độ xác kết mô số định độ xác mơ hình hố độ xác cùa thuật tốn mổ Khi thực “cơng nghệ ảo”, tồn khâu q trình sản xuất từthiết kế, hiệu chinh đến chế tạo thực máy tính Xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, mơ hình sản phẩm dựng máy tính, hiệu chỉnh cơng nghệ thực trực tiếp thông qua giao diện người-máy, từ có hiệu hợp lý nhằm tối ưu q trình cơng nghệ 9.1.3 Trình tự giải tốn mơ sị q trình biến dạng Để mơ số q trình biến dạng bất kỳ, cần phải tuân theo trình tự từ tiền xử lý đến hậu xử lý tốn * Q trình tiền xử lý bao gồm bước sau: Xây dựng mơ hình (mơ hình hình học mơ hình vật liệu) Lập mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) thuật toán chia lưới Chọn kiểu phần tử Kiểu phần tử là: dạng (shell), dạng khối: (solid), dạng (beam) Thiết lập điều kiện tiếp xúc công cụ biến dạng vật thể biến dạng Thiết lập điều kiện biên Đặt tải * Q trình hậu xử lý tốn bao gồm bước liên quan đến xử lý phân tích kết q tính tốn 9.1.4 Một s ố ví dụ J J Bài tốn mơ q trình đập tạo hình thể tích * Mơ tả tốn ٠ Mơ số tốn tạo hlnh chi tiết khn kín hình 9.2 Cho biết kích thước phơi: chiều cao = đơn vị, đường kính 20 đơn vị; kích thước khối khn, đường kính = 22 đơn vị, chiều cao thành lịng khn 12 đơn vị, kích thước cịn lại cho hình 9.2 * Vật liệu phơi: vật liệu tiêu chuẩn Von - Mises, môđun đàn hồi = 5E6, hệ số Poisson - ,3 ٠ vạt liệu khuôn: vật liệu tiêu chuẩn Von - Mises, mỏđun đàn hổi = 5E11, hệ số Poisson = 0,34 311 Hinh 9.2 Mơ hình hình học tốn * Các giả ĩhiết: ٠Điều kiện tạo hình; trạng thái nguội • Tốc độ biến dạng: (10 ٠ ^ ^)s ٠ ٠Thuộc tính vật liệu: đàn - dẻo tức thời • Quá trình đẳng nhiệt ٠Biến dạng đàn hồi nhỏ đẳng hướng ٠Mơ hình ma sát: Coulomb * Xây dựng mơ hình hình học Mơ hình xây dựng trực liếp, cách dựng keypoint, từ keypoint dựng thành đường mặt Sử dụng phép toán logic, lừ mặt dựng thành mơ hình khối phép quay quanh trục 90‫ \؛‬do mơ hình đối xứng nên cần tính tốn với 1/4 mơ hình, la nhận đươc mơ hình 3D hình 9.3 Hỉnh 9.3 Mơ hình 3D tốn tạo hình thể tích khn kín 312 Xc'ic dịỉìlỉ kiểu plỉấn tử thuộc tính vật liệu a Kiểu phần tử Kiểu phần tử sử dụng toán là; SOL1D185 SOLID186 SOLID185 phần tử tứ diện dùng mò lilnh tốn cấu triìc chiều, xác định nút với bậc tự đo nút: chuyển vị theo phương X, y١z Được sử dụng trường hợp toán dẻo, toán siêu đàn hồi, ứng suất biến cứng, dão, uốn biến dạng lớn cung dùng trường hợp mơ hình vật liêu đàn dẻo lớn (hình 9.4) Hình 9,4 Phần tử SOLID185 SOLID 186 Là phần tử hình hộp cong, xác định 20 nút dùng mô cấu trííc chiều, có ứng dụng tương tự phần lử SOLID 185 Ngồi cịn dùng áp dụng tính tốn tốn trạng thái siêu đàn hồi (hình 9.5) b Mơ hì till vật liệu ·Đ ố i với khn: mơ hình vật liệu đàn hồi tuyến tính đẳng hướng ٠Đối với phôi: sử dụng mô hinh vật liệu dẻo không phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, hoá bến đảng hướng tuyến tính kép Ngồi hai thỏng số đầu vào mơđun đàn hồi hệ số poisson, cịn có: ứng suất chảy (Yield stress): ơy = 200 đơn vị Môđun hố bền (tangent modul) = 0.1 Hình 9,5, Phần tử SOLID 186 * Chia lưới phần tử hữu hạn Mô hình 3D chia lưới theo kiểu '‘bản đồ١ ١sử dụng chức “sweep١ ١ , qt mơ hình, hướng quét ngược chiều kim đồng hồ Kích thước phần tử phơi = 0,8 đơn vị, kích thước phần lử khn = 1,2 đơn vị (hình 9.6) * Xác địỉỉlì cặp tiếp xúc Phân lích mơ hình tốn la thấy có hai cặp liếp xúc Cặp tiếp xúc thứ mặt phơi với lịng cối, cặp tiếp xúc thứ hai mặt xung quanh phơi với mặt xung quanh cối (hình 9.7) 313 Cặp tiê'p xúc thứ bao gồm hai dạng tĩếp xtic: tiếp xúc cố định ban đầu tiếp xUc tiềm nãng ١ cặp t‫؛‬ếp xUc thứ hai chi dơn !à dạng tiếp xúc tiềm Hính 9.6ị Mô hmh phần tử hữu hạn ‫ب!(دﻏحﺢ؛‬ ‫ؤﺀةد‬:.■ ‫ب‬ '‫ﺑﻊ‬ ١'‫ب'؟ﺀ‬ ‫ى‬ ‫ةأ«؛ﻟﺬ‬ Cặp tiếp xUc thứ Cặp tiếp xúc thứ hai Hinh 9.7 Cặp tiếp xtìc tốn tạo hlnh thể tích ‫ب‬ ٠‫ت‬ Dặt tải glcVi ٠ Bài toán biến dạng lớn tốn ngược dó tải đạt vào mơ hlnh chuyển vị ‫أ‬ ‫اا ة‬ bề mặt liếp xúc với chày ٠ Diều kiện biên chuyển vl: khống chê' tất bậc tự dịch chuyển xoay mặt cối ٠ Diều kiện biên dối xứi)g: tinh toán trường hợp tốn dối xứng trục, chi cần sử dụng 1/4 mơ h١i nh ١ dó cắn phải dặt vào mỏ hình diều kiện biẽn dối xứng ١ mặt phần tư 314 • Trước tiến hành giải phải xác định kiểu phân lích (Analysis option) là: - Kiểu toán biến dạng lớn - Lưu kết sau kết thúc bước giải * Các kết Thời gian tính tốn: 12 Các kết thư sau Hỉnh 9.8 Lưới biến dạng Hỉnh 9.9 Trường chuyển vị tổng 9.1.4.2 Bài tốn mơ q trinh dập vuốt tiết trịn xoay Trình tự bước thực tương tự trình trẽn ١các kết nhận sau: Mơ lììnlì lưới phần tử hữu han Hỉnh 9.10 Mơ hình lưới PTHH 315 C ác kết q u ả tíỉìh tốn Hình 9,11, Trường phân bố ứng suất tương đương Hình 9.12, Biến dạng lưới phần tử 9.2 T H IẾ T K Ế K H U Ô N VỚ I s ự TRỢ GIÚP CỦA M Á Y TÍN H Tính tốn thiết kế khn dập với trợ giúp máy tính dựa sở mơ số q trình biến dạng lớn kỹ thuật tiên tiến, có nhiều điểm ưu việt so với phương pháp thiết kế truyền thống Sự khác hai phương pháp thiết kế thể hình 9.13 316 SẢN PHẨM MẪU i THIẾT KỂ & CHẾ TAO KHUÔN CÕNG NGHỆ ẢO DAT YÊU CẦU Hinh 9A3, Trình tự thiết kế khuôn: a- theo phương pháp truyền thống; b- ứng dụng mô số Theo phương pháp truyền thống, sau nhận sản phẩm mẫu tiến hành thiết kế chế tạo khuôn Khuôn sau chế tạo dập thử, sản phẩm dập thử thoả mãn yêu cầu sản phẩm mẫu khn đưa vào sản xuất; sản phẩm khơng đạt u cầu, khn chỉnh sửa lại Quá trình tiêu tốn nhiều thời gian tiển của, đồng thời thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng Nếu sử dụng mơ số q trình biến dạng kết hợp với phần mềm thiết kế CATIA, SOLIDWORK, AUTOCAD, PRO-ENGINEER chu trình tính tốn thiết kế thực sau Đầu tiẽn sản phấm mẫu số hố dạng mị hình 3D thơng qua thiết bị chiều Mị hình số ban đầu tập hợp nhiều điểm khơng gian mơ hình lưới (hình 9.14a) Mơ hình dạng điểm dạng lưới sở để xây dựng mơ hình mặt (hình 9.14b) a) b) c) Hình 9A4, Mơ hình dạng chiều chi tiết vỏ xe tơ: a, b- mơ hình lưới mơ hình mặt chi tiết tai trước; c- mơ hình mặt xe BMW X5 317 r - ‫هﺀ‬٢ ;:/% ‫م ر‬ , ‫ا‬ ٠١ ' '4'.'‫[ — ؛‬7( ”‫ﺲ‬ ; 5".' ‫ﻬ‬ ‫ا‬ ‫ا"ا‬ '‫ا‬ ‫ا‬٠ ‫إ‬ U i ‫