Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập 3 chiều để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG VIẾT HỒI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KHN DẬP CHIỀU ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT VỎ MỎNG CĨ HÌNH DẠNG PHỨC TẠP LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ HÀ NỘI – 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG VIẾT HỒI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KHN DẬP CHIỀU ĐỂ CHẾ TẠO CHI TIẾT VỎ MỎNG PHỨC TẠP Chuyên ngành: Gia Công Áp Lực LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ HÀ NỘI - 2008 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CAO HỌC 2006 – 2008 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập chiều để chế tạo chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: - Lý thuyết dập tạo hình chi tiết vỏ mỏng - Công nghệ dập - Nhu cầu sản xuất dạng chi tiết vỏ mỏng phức tạp cơng nghiệp, dân dụng Mục đích đề tài: - Thiết kế công nghệ dập vuốt chiều - Xác định thơng số q trình tạo hình Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Tổng quan phương pháp chế tạo chi tiết vỏ mỏng phức tạp - Xác định thông số lượng, lực - Thiết kế sơ đồ công nghệ, khuôn chiều Dự kiến kế hoạch thực hiện: - Từ 01/02/2008 đến 30/04/2008: Tìm hiểu số phương pháp chế tạo chi tiết vỏ mỏng phức tạp - Từ 01/05/2008 đến 31/07/2008: Cơ sở lý thuyết dập tạo hình kim loại (dập vuốt) - Từ 01/08/2008 đến 31/08/2008: Tính tốn cơng nghệ, thiết kế khuôn dập chiều - Từ 01/09/2008 đến 30/09/2008: Hoàn chỉnh thuyết minh - Từ 01/10/2008 đến 30/11/2008: Bảo v lun lời nói đầu Gia cụng kim loại áp lực phương pháp công nghệ chế tạo khí có từ lâu đời Từ đến khơng ngừng phát triển ứng dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp khác Ngày gia công áp lực trở thành phương pháp công nghệ tiên tiến ưu điểm sau nó: Tiết kiệm nguyên vật liệu (gia công không phoi), sản phẩm đa dạng phong phú, suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ v.v Cùng với phát triển công nghiệp, ngành gia công áp lực không ngừng phát triển thiết bị công nghệ Số lượng chủng loại máy dập không ngừng tăng lên nhiều phương pháp dập Phương pháp đặc biết áp dụng vào sản xuất Phương pháp Gia công áp lực áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp, đặc biệt ngành công nghiệp ôtô, xe máy, công nghiệp tầu thuỷ, điện, điện tử, y tế Hầu hết chi tiết vỏ ôtô, xe máy vỏ tầu chế tạo phương pháp tạo hình Ở nước ta phương tiện lại phổ biến xe máy, nhiều chi tiết xe máy sản xuất gia công áp lực Một chi tiết phức tạp xe máy bình xăng Có nhiều phương pháp dập thủy cơ, thủy kính để chế tạo chi tiết tạo bình xăng có phương pháp dập chiều Tạo hình khu«n dËp chiều phương pháp cụng ngh phự hp vi điều kiện sản xuất nước ta Ở nước ta năm gần đây, ngành Gia công áp lực nhận quan tâm đầu tư thoả đáng Nhiều liên doanh ô tô, xe máy đời Toyota, Ford, Vinaxuki, Honda, Yamaha Đã đáp ứng phần nhu cầu tiêu dùng nước xuất Nhiều đề tài cấp quốc gia lĩnh vực thuộc ngành gia công áp lực triển khai như: KC05-19, KC 05 – 16 … Tuy nhiên phát triển ngành gia công áp lực chưa đáp ứng với phát triển ngành công nghiệp nước Hiện häc viên năm cuối ngành gia công áp lực nên nhận đề tài tốt nghiệp: ‘‘ThiÕt kế quy trình công nghệ khuôn dập chiều để sản xuất chi tiết vỏ mỏng phức tạp , nhận thấy đề tài thực tế dịp giúp hệ thống, nâng cao kiến thức đào tạo, đặc biệt kiến thức Gia công áp lực Tôi xin chõn thnh cm n thy hng dn -PGS.TS.Phạm Văn Nghệ, TS Nguyễn Đắc Trung, thầy Nguyễn Mậu Đằng b mơn gia cơng áp lực giúp đỡ tơi hồn thành luận văn cao học Nhân xin cảm ơn gia đình bạn đồng nghiệp giúp đỡ động viên tơi q trình làm luận văn Hà nội, tháng 02 năm 2008 Học viên Trương Viết Hoài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái qt chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp 1.1.1 Khái niệm Các chi tiết có hình dạng phức tạp chi tiết có bề mặt biên dạng phức tạp gồm nhiều mặt cong ghép với Ví dụ chi tiết vỏ bọc loại xe, tàu, cabin cửa xe thùng xe, chi tiết ôtô v v chi tiết điển hình có kích thước lớn mà người ta chế tạo phương pháp dập vuốt kim loại mỏng Do đặc điểm hình dạng chi tiết nên trình chế tạo chúng cần có đặc điểm riêng biệt 1.1.2 Đặc điểm biến dạng chi tiết có hình dạng phức tạp Khi dập vuốt chi tiết có hình dạng phức tạp hình dáng khơng gian khơng đối xứng trị số biến dạng kim loại vị trí khác phơi khác Người ta nhận thấy trình dập vuốt chi tiết có hình dáng khơng gian phức tạp khơng tn theo quy luật định Đặc điểm chủ yếu trình dập vuốt loại chi tiết phần lớn bề mặt phôi không ép sát vào chày cối rễ tạo thành nếp nhăn, gợn sóng Ngồi ra, lúc đầu phôi tiếp xúc với phần phôi nên dễ gây nhăn biến mỏng cục vật liệu 1.1.3 ứng dụng chi tiết có hình dạng phức tạp Các chi tiết có hình dạng phức tạp ứng dụng nhiều ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đồ gia dụng Hiện việc nâng cao chất lượng giảm giá thành đòi hỏi cần phải cải tiến cơng nghệ, nghiên cứu phương pháp tạo hình phương pháp truyền thống khơng cịn phù hợp Một phương pháp tạo hình tìm ứng dụng rộng rãi, phương pháp tạo hình khn dập chiều 1.2 phương pháp tạo hình chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp Để tạo hình chi tiết có hình dạng phức tạp cần có cơng nghệ đặc biệt, tiến mạnh mẽ khoa học cơng nghệ nói chung ngành gia cơng als lực nói riêng có nhiều phương pháp tạo hình chi tiết dạng Do giới hạn noi dung nghien cuu thời gian lam luan van nên ta tìm hiểu số phương pháp dùng phổ biến để tạo hình chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp 1.2.1 Cơng nghệ dập vuốt co chặn 1.2.1.1 Cơng nghệ chặn có gân vuốt Gân vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng tồn cục chu vi phơi để khống chế vật liệu kéo vào cối tăng độ cứng vững vật dập Trong khuôn dập chi tiết vỏ ơtơ gân vuốt điều kiện tất yếu phương pháp có hiệu ngăn ngừa tượng nhăn, nhúm rách chi tiết Nếu bố trí gân vuốt khơng hợp lý tượng nhăn nhúm rách vật dập lại nghiêm trọng Gân vuốt đặt vành chặn mặt chặn cối Khi đặt gân vuốt khơng ảnh hưởng tới tác dụng gân vuốt Thông thường gân vuốt bố trí mặt chặn vành chặn cịn rãnh gân bố trí mặt chặn cối dưới, thuận tiện cho việc mài đánh bóng Nếu mặt chặn phơi phần mặt bích chi tiết đường xuyên mài rãnh gân cối làm cho mặt chặn có rãnh mau bị tổn hao ảnh hưởng tới chiều sâu dập vuốt Khi tổn hao đến mức độ định phải sửa chữa khắc phục Việc ứng dụng gân vuốt tạo kéo dài vật liệu mãnh liệt theo hướng đường kính giảm biến dạng nén theo hướng tiếp tuyến từ hạn chế việc tạo thành nếp nhăn chi tiết.Tuy nhiên điều làm tăng trở lực biến dạng vành lên nhiều tăng ứng suất kéo theo hướng đường kính tiết diện nguy hiểm Từ cho thấy, điều kiện thuận lợi dập vuốt khn có gân vuốt đạt trường hợp ứng dụng cho kim loại có độ bền cao độ dẻo cao Cơng nghệ dập vuốt có sử dụng gân vuốt ứng dụng rộng dãi ngành công nghiệp chế tạo ôtô Hình 1.1 Phân bố gân vuốt vành chặn Hình 1.2 Một số gân vuốt dùng dập 1.2.1.2 Công nghệ chặn đàn hồi * Hệ thống chặn đàn hồi chủ động: Hình 1.3 Khn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi chủ động Hình 1.4 Khn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi bị động 1.2.1.3 Công nghệ chặn sử dụng nguồn chất lỏng cao áp 1.2.2 Công nghệ dập thuỷ Dập thuỷ phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng cao áp suất cao kết hợp với chuyển động khí khn máy tạo Điểm khác biệt mang tính ngun tắc q trình vuốt thuỷ trình vuốt truyền thống cối cứng trình diễn Phơi dạng khơng gian Cối để dập chiều chày dập chiều Chặn 01 Chặn 02 Sơ đồ tổng thể Để xây dựng mơ hình giải tốn phần mềm DYNAFORM ta có nhiều phương pháp + Xây dựng trực tiếp phần mềm DYNAFORM - Xây dựng cách định nghĩa điểm, đường, mặt sau ta Extrude(Quay, đùn ) + Xây dựng phần mềm khác chuyển sang DYNAFORM 4.5.2 Định nghĩa kiểu phần tử Trong phần mềm dynaform có nhiều kiểu mơ hình phần tử nhằm giải nhiều dạng toán khác toán ta tiến hành q trình dập chi hình hộp từ phơi phẳng q trình biến dạng mép có biến dạng lớn nên ta chọn kiểu phần tử tam giác thuận tiện cho trình biến dạng vị trí mép đạt kết tốt Các phần tử khác sử dụng tốn với phần tử ta mô để đạt kết tốt 4.5.3 Lựa chọn vật liệu * Mơ hình vật liệu phơi: Chọn vật liệu thường dùng cho q trình dập vuốt thép mềm T36, dày 1mm * Mơ hình vật liệu chày, cối Phần mềm DYNAFORM ta khảo sát biến dạng kim loại nên không cần lựa chọn vật liệu chày, cối 4.5.4 Chia lưới cho phần tử chày, cối, phơi, chặn Mơ hình ta tiến hành mơ có hình dạng kích thước sau: Tiến hành chia lưới, ta tiến hành chia lưới tự cho chi tiết chày,cối, chặn với kích thước 10 mm(ta tiến hành chia thô để đảm bảo tốn giải nhanh chóng) Đang chia lưới Đã chia lưới xong Chia lưới tương tự với chày, chặn Tiến hành chia lưới cho phôi, Với phôi chi tiết cần nghiên cứu, để đảm bảo toán xác ta chia lưới có kích thước nhỏ mm Chia lưới phơi dạng khơng gian Mơ hình vật liệu T36 dùng tạo hình 4.5.5 Đặt chuyển động dụng cụ Sau tiến hành chia lưới ta dịnh nghĩa đặt chuyển động cho dụng cụ Chọn biên dạng theo cối Đặt chuyển động cho q trình đóng khn dập vuốt Chuyển vị cho chày theo hướng x, z không, Theo phương y ta đặt 40, thay đổi mơ hình tốn cách thay đổi lực chặn phôi, khoảng cách từ chặn dến phôi cối Mô hình tổng thể DYNFORM hình đây: Trong tiến hành xây dựng giải toán ta tiến hành giải toán thay đổi giá trị khoảng cách chặn phôi, lực chặn…, ta thu kết tụ Sau thực lại q trình giải tốn Hởu xử lý xuất kết với nhiều dạng khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Mậu Đằng Công nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB KHKT – Hà Nội, 2006 [2] Phạm Văn Nghệ Công nghệ dập thủy tĩnh, NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2006 [3] Nguyễn Tất Tiến Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, NXBGD, 2004 [4] Nguyễn Đắc Trung Nghiên cứu ảnh hưởng lực chặn tới trình dập vuốt chi tiết phức tạp Bách khoa tháng 11- 2001 [5] Phạm Văn Nghệ – Đỗ Văn Phúc Máy búa máy ép thủy lực, NXBGD, 2001 [6] 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 bảy, 2004 [7] LS – DYNA _ MANUAL _ 2006 [8] Phạm Văn Nghệ – Nguyên Như Huynh Ma sát bôi trơn gia công áp lực, NXB ĐHQGHN, 2005 [9] V.P RÔMANÔPXKI Sổ tay dập nguội tập I,II, NXB KHKT – Hà Nội, 1974 [10] [8] ATLAT khuôn Phạm Văn Nghệ – Nguyên Như Huynh Ma sát bôi trơn gia công áp lực, NXB ĐHQGHN, 2005 [9] Hồng Thị Bích Ngọc Máy thủy lực thể tích – Các phần tử thủy lực cấu điều khiển trợ động, NXB KHKT – Hà Nội, 2007 [8] Viện hóa học cơng nghệ, Sổ tay sử dụng dầu mỡ bôi trơn, tập 1, NXB KHKT – Hà Nội, 1991 [9] Lihui Lang, Joachim Danckert, Karl Brian Nielsen Multi-layer sheet hydroforming: Experimental and numerical investigation into the very thin layer in the middle, Journal of Materials Processing Technology 170 (2005) 524–535 [10] S.H Zhang, J Danckert Development of hydromechanical deep drawing, J Mater Process Technol 83 (1998) 14–25 [11] M.R Jensen, L Olovsson, J Danckert Numerical model for the oil pressure distribution in the hydromechanical deep drawing process, Journal of Materials Processing Technology 103 (2000) 74–79 [12] S.H Zhang, M.R Jensen, J Danckert, K.B Nielsen, D.C Kang, L.H Lang Analysis of the hydromechanical deep drawing of cylindrical cups, Journal of Materials Processing Technology 103 (2000) 367–373 [13] Kang Dachang, Lihui Lang, Meng Xiaofeng, Xuan Jingquan A study on hydrodynamic deep drawing equipment, Journal of Materials Processing Technology 101 (2000) 21–24 [14] Lihui Lang, Joachim Danckert, Karl Brian Nielsen, Investigation into hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure Part I :Experimental observations of the forming process of aluminum alloy, Journal of Materials Processing Technology 148 (2004) 119–131 [15] Lihui Lang, Joachim Danckert, Karl Brian Nielsen Investigation into hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure Part II: Numerical analysis of the drawing mechanism and the process parameters, Journal of Materials Processing Technology 166 (2005) 150–161 [16] Lihui Lang, Joachim Danckert, Karl Brian Nielsen Investigation into the effect of pre-bulging during hydromechanical deep drawing with uniform, International Journal of Machine Tools & Manufacture 44 (2004) 649–657 [18] Y Tamarin Atlas of stress-strain curves: Second Edition, ASM International [19] http://www.matweb.com/ [20] http://www.sciencedirect.com/ [21] P Poloukhine, V Trourine, P Dacidkov, D Vitanow Tribology in Manufacturing Processes, Mir, Moscow 1987 [22] Erich G Thomsen, Charles T Yang, Shiro Kobayashi Mechanics of Plastic Deformation in Metal Processing, The Macmillan Company – New York 1965, London [23] V.L Martrenco, L.I Rudman Sổ tay thiết kế khn dập tấm, NXB Hải Phịng, 2005 [24] Kent Mechanical Engineers’ Handbook, La Habana, 1968 [25] Christopher E B Hydraudynamics of pumps, Oxford, 1994 ... đề tài: Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập chi? ??u để chế tạo chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: - Lý thuyết dập tạo hình chi tiết vỏ mỏng - Công nghệ dập - Nhu... cơng nghệ tạo hình chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp  Chương 2: Cơ sở lý thuyết dập tạo hình chi tiết vỏ mỏng có phức tạp  Chương 3: Tính tốn thiết kế cơng nghệ tạo hình chi tiết thân... cơng nghệ tạo hình chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp  Chương 2: Cơ sở lý thuyết dập tạo hình chi tiết vỏ mỏng có phức tạp  Chương 3: Tính tốn thiết kế cơng nghệ tạo hình chi tiết thân