Nghiên cứu công nghệ tạo hình nửa nóng để chế tạo chi tiết bánh răng truyền động

MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị, bảng biểu Tóm tắt luận văn Lời mở đầu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT DẬP TẠO HÌNH 1.1 Tổng quan cơng nghệ gia công áp lực 1.1.1 Khái niệm gia cơng áp lực 1.1.2 Vai trị phát triển công nghệ gia công áp lực 1.2 1 1.1.3 Ưu nhược điểm công nghệ gia công áp lực 1.1.4 Một số phương pháp gia công áp lực điển hình Lý thuyết cơng nghệ dập tạo hình khối 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Ưu nhược điểm công nghệ dập khối 10 1.2.3 Phân loại công nghệ dập khối 11 1.3 Sơ đồ công nghệ dập khối xác 13 1.4 Kết luận 15 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠNG NGHỆ DẬP NỬA NĨNG 2.1 Giới thiệu công nghệ 16 2.2 Ý nghĩa công nghệ dập nửa nóng 16 2.3 Khả cơng nghệ cơng nghệ dập nửa nóng 19 2.4 Thành phần cấu tạo vật liệu áp dụng 20 2.5 Cấp xác đạt 21 2.6 Tính kinh tế dập nửa nóng 21 2.7 Thiết bị dành cho cơng nghệ dập nửa nóng 22 2.8 Làm mát, bơi trơn thiết bị dập nửa nóng 23 2.9 Chế tạo chọn phơi 24 2.10 Q trình gia cơng 24 2.11 Kết luận 24 CHƯƠNG : LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA SẢN PHẨM 3.1 Tổng quan chi tiết 3.2 Phân tích phương án công nghệ lựa chọn phương án gia cơng 3.2.1 Phương án : Dập khn kín từ phôi rỗng 3.2.2 Phương án : Dập trng khn kín từ phơi đặc 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Tính tốn lượng dư dung sai vật dập 26 27 27 28 29 3.3.1 Cấp xác vật dập 29 3.3.2 Xác định lượng dư gia công 30 3.3.3 Xác định dung sai vật rèn 30 Tính tốn phơi 30 3.4.1 Khối lượng thể tích vật rèn 30 3.4.2 Khơi lượng thể tích phơi 30 34.3 Chọn phôi 31 Chế độ nung, bôi trơn, làm nguội 31 3.5.1 Nhiệt độ nung chế độ nung 31 3.5.2 Chế độ bôi trơn, làm mát 32 Thiết bị dập khối xác 33 3.6.1 Dập khối khn kín máy búa 33 3.6.2 Dập khối khn kín máy ép trục khuỷu 33 Kết luận 37 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU THÔNG SỐ TRONG TẠO HÌNH CHI TIẾT BÁNH RĂNG 4.1 Giới thiệu phần mềm Deform 3D 38 4.1.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 38 4.1.2 Phần mềm Deform 3D 38 4.1.3 Các sản phẩm hệ thống Deform 39 4.1.4 4.1.5 Một số sản phẩm kết mô phần mềm Deform Các tính 4.2 Thiết lập tốn mơ trình tạo hình chi tiết bánh 39 41 42 4.2.1 Mơ hình hình học 43 4.2.2 Mơ hình vật liệu 46 4.2.3 Thiết lập mơ hình điều kiện biên 49 4.2.4 4.2.5 Phân tích kết mơ dập xác chi tiết bánh So sánh phương pháp dập tạo hình chi tiết bánh 4.3 Kết so sánh phương pháp gia công KẾT LUẬN 52 55 62 63 Tài liệu tham khảo 65 Phụ lục 66 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan rằng: Mọi giúp đỡ việc thực luận văn tốt nghiệp cảm ơn thông tin sử dụng luận văn nêu phần tài liệu tham khảo Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn: Nguyễn Minh Trúc LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sư – Tiến sỹ Nguyễn Đắc Trung người trực tiếp hướng dẫn, thầy, cô giáo mơn Gia cơng áp lực– Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội Đã bảo tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô thuộc Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn: Nguyễn Minh Trúc DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo Tn Nhiệt độ nung ºC T Nhiệt độ dập ºC t Thời gian nung s Thời gian giữ nhiệt s t1÷t2 G Trọng lượng KN Le Năng lượng va đập MJ P Lực ép KN Pmax Lực ép cực đại KN  Ứng suất N/mm² max Ứng suất cực đại N/mm² 1, 2, 3 Biến dạng Do Đường kính phôi ban đầu mm Ho Chiều cao phôi ban đầu mm Dk Đường kính sau ép mm Hk Chiều cao sau ép mm Rm Độ bền kéo N/mm² Re Ứng suất chảy N/mm²  Hệ số ma sát V Tốc độ dập  Mức độ biến dạng logarit FEM Rt Phương pháp phần tử hữu hạn Độ nhám bề mặt mm/s DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Ý nghĩa Hình Trang 1.1 Sản phẩm gia cơng áp lực 1.2 Công nghệ cán kim loại 1.3 Công nghệ kéo kim loại 1.4 Công nghệ ép kim loại 1.4a Công nghệ ép sợi kim loại 1.4b Công nghệ ép kim loại 1.4c Công nghệ ép ống kim loại 1.5 Công nghệ rèn tự 1.6 Cơng nghệ dập thể tích khn hở 1.7 Cơng nghệ dập khn kín 1.8 Cộng nghệ dập 1.9 Công nghệ dập thủy tĩnh 1.10 Sơ đồ trình tự nguyên cong dập thể tích 1.11 Sơ đồ giải thích q trình dập thể tích 1.12 Sản phẩm cơng nghệ dập nóng 11 1.13 Sản phẩm cơng nghệ dập nguội 12 1.14 Sơ đồ dập khuôn hở 12 1.15 Sơ đồ dập thể tích khn kín 13 1.16 Sơ đồ cơng nghệ dập khối xcas khn kín 15 1.17 Sơ đồ cơng nghệ chế tạo chi tiết khớp nối chữ nhật 15 2.1 Chi tiết bánh 16 2.2 Mối quan hệ nhiệt độ đặc tính cơng nghệ thép C15 17 2.3 Sản phẩm cơng nghệ dập nửa nóng 20 3.1 Chi tiết thật 26 3.2 Mơ hình 3D chi tiết 26 3.3 Dập khn kín từ phơi rỗng 27 3.4 Dập khn kín từ phơi đặc 28 3.5 Sơ đồ khn kín dập máy ép trục khuỷu 34 3.6 Sơ đồ khn kín có cấu đối áp 36 3.7 Sơ đồ khn kín cấu đẩy theo nguyên tắc đòn bẩy cấu đối áp lị xo 36 4.1 Mơ dập khối phần mềm Deform-3D 40 4.2 Mơ q trình cán 41 4.3 Sơ đồ tốn mơ 43 4.4 Mơ hình phơi 44 4.5 Mơ hình chày ép 44 4.6 Mơ hình khn 45 4.7 Mơ hình khn 45 4.8 Thư viện vật liệu 46 4.9 Thông tin vật liệu 47 4.10 Lựa chọn vật liệu phôi 48 4.11 Các đường chảy vật liệu 49 4.12 Mơ hình chia lưới 50 4.13 Modul Inter Object 51 4.14 Modul Database Generation 52 4.15 Quá trình tạo hình 57 4.16 Mức độ biến dạng 57 4.17 Lực dập dập nguội 58 4.18 Lực dập dập nửa nóng 59 4.19 Lực dập dập nóng 59 4.20 Trạng thái ứng suất dập nguội 20 60 4.21 Trạng thái ứng suất dập nửa nóng 61 4.22 Trạng thái ứng suất dập nóng 61 4.23 Sản phẩm sau dập 62 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Ý nghĩa Trang 4.1 Bảng thông số dập nguội 53 4.2 Bảng thơng số dập nửa nóng 54 4.3 Bảng thơng số dập nóng 55 DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục Phục lục Ý nghĩa Bản vẽ chế tạo chi tiết Trang 66 Hình 4.14 Modul Database Generation Đây khâu cuối để kiểm tra cài đặt tốn có thành cơng hay khơng Nếu hợp lệ ta chạy mơ tốn modul Simulator - Kiểm tra kết Sau giải xong tốn, phần hậu xử lí (Post-Processor) kiểm tra kết Nếu tất bước xác mà kết xa với thực tế vấn đề chia lưới q thơ, cần chia lại lưới giải lại 4.2.4 Phân tích kết mơ dập xác chi tiết bánh Với mơ hình hình học phơi, chày cối nhau, ta tiến hành mô cho trường hợp: - Dập nguội 20º C - Dập nóng 1100º C - Dập nửa nóng ép từ xuống 650º C Các kế mơ q trình gia cơng trình bày bảng 4.1, 4.2, 4.3 52 * Dập nguội, T= 20 oC DẬP NGUỘI Bước dập ( Khoảng dịch chuyển chày Lực dập P Step No) ép ( Stroke-mm) (Load- ) 10 1.18 44.7 20 2.36 47.9 30 3.54 63.2 40 4.73 78.9 50 5.90 87.1 60 7.10 97.7 70 8.27 103 80 9.45 105 90 10.63 113 100 11.82 124 110 12.99 138 120 14.18 155 130 15.36 157 140 16.54 143 150 17.71 147 160 18.9 151 Bảng 4.1 Bảng thông số dập nguội * Dập nửa nóng, T= 650 oC DẬP NỬA NÓNG Bước dập Khoảng dịch chuyển chày 53 Lực dập P ( Step No) ép ( Stroke-mm) (Load- ) 10 1.18 19.7 20 2.36 20.2 30 3.54 25.7 40 4.73 29.2 50 5.90 33.1 60 7.10 34.9 70 8.27 38 80 9.45 39.3 90 10.63 44.2 100 11.82 49.2 110 12.99 55.8 120 14.18 59.2 130 15.36 62.8 140 16.54 64.2 150 17.71 65.2 160 18.9 65.8 Bảng 4.2 Bảng thơng số dập nửa nóng * Dập nóng , T= 1100 oC DẬP NĨNG Bước dập ( Khoảng dịch chuyển chày Lực dập P Step No) ép ( Stroke-mm) (Load- ) 10 1.18 5.41 54 20 2.36 5.73 30 3.54 7.96 40 4.73 9.21 50 5.90 10.7 60 7.10 11.7 70 8.27 12 80 9.45 12.8 90 10.63 13.8 100 11.82 14.5 110 12.99 15.8 120 14.18 17.9 130 15.36 19.9 140 16.54 20.9 150 17.71 22.8 160 18.9 23.1 Bảng 4.4 Bảng thông số dập nóng 4.2.5 So sánh phương pháp dập tạo hình chi tiết bánh Để so sánh phương pháp gia cơng dập nguội, dập nóng dập nửa nóng ta tiến hành mô phương pháp phân tích so sánh dựa yếu tố gây ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết sau gia cơng : - Q trình tạo hình, biến dạng, mức độ biến dạng, lực biến dạng trạng thái ứng suất * Quá trình tạo hình 55 Bước Bước 20 Bước 40 Bước 60 Bước 80 Bước 100 56 Bước 130 Bước 160 Hình 4.15 Q trình tạo hình Vì kích thước đầu vào phơi kích thước u cầu sản phẩm nên trình tạo hình gần giống Hình 4.15 thể số bước điển hình từ phơi tạo hình thành sản phẩm * Mức độ biến dạng Trạng thái nguội Trạng thái nửa nóng Trạng thái nóng 57 Hình 4.16 Mức độ biến dạng Hình 4.16 cho thấy mức độ biến dạng dập nửa nóng dập nguội tương đối giống trường hợp có số bước dập gần nhau, hình dạng lúc đầu (phơi) cuối (sản phẩm) giống mức độ biến dạng dập nóng hơn.Mức độ biến dạng cịn thể vùng màu: Vùng màu xanh đậm thể độ biến dạng vùng ít, vùng màu đỏ cam thể mức độ biến dạng nhiều Trên hình vẽ thể mức độ biến dạng nhiều vị tri bên đỉnh * Lực biến dạng Hình 4.17 Lực dập dập nguội 58 Hình 4.18 Lực dập dập nửa nóng Hình 4.19 Lực dập dập nóng Khi dập tạo hình trạng thái nhiệt độ khác lực biến dạng khác nhau, dập tạo hình nhiệt độ cao lực biến dạng thấp Lực biến dạng thay đổi theo bước dập ( trình bày mục 4.2.1) Trên Hình 4.17 ,4.18, 4.19 thể đồ thị lực biến dạng cho trường hợp: Dập nguội- lực biến dạng lớn bước dập 160: P max = 151 59 Dập nửa nóng- lực biến dạng lớn bước dập 160: P max =65.8 Dập nóng- lực biến dạng lớn bước dập 162: P max = 23.1 * Trạng thái ứng suất Hình 4.20, 4.21, 4.22 thể ứng suất lớn nhiệt độ dập nhỏ, dập trạng thái nguội ứng suất lớn max=992 MPa, dập trạng thái nửa nóng ứng suất lớn max=697 MPa, dập trạng thái nóng ứng suất lớn max=221 MPa Ứng suất dập nguội lớn nhiều so với dập nóng Hình 4.20 Trạng thái ứng suất dập nguội 60 Hình 4.21 Trạng thái ứng suất dập nửa nóng Hình 4.22 Trạng thái ứng suất dập nóng 61 Kết q trình mơ dập tạo hình ta sản phẩm hình 4.23 Hình 4.23 Sản phẩm sau dập 4.3 Kết so sánh phương pháp gia công Từ kết mô dập khối chi tiết bánh cho trường hợp: dập nguội, dập nửa nóng ép, dập nóng ta có nhận xét: trình tạo hình, mức độ biến dạng, lưới biến dạng tương đương Trạng thái ứng suất, lực biến dạng khác nhiều, dập tạo hình trạng thái nguội trạng thái ứng suất, lực biến dạng lớn nhất, dập tạo hình trạng thái nóng trạng thái ứng suất, lực biến dạng nhỏ Từ ta đưa kết luận ưu nhược điểm phương pháp dập nửa nóng so với phương pháp gia cơng áp lực khác Những ưu điểm phương pháp dập nửa nóng so với phương pháp dập nguội dập nóng - Giảm lực dập yêu cầu - Giảm giới hạn kích thước - Hệ số sử dụng vật liệu cao 62 - Có khả gia cơng nhiều loại vật liệu mà phương pháp dập nguội gia cơng So với phương pháp dập nóng phương pháp dập nửa nóng - Giảm lượng cần thiết - Ít gỉ sắt - Ít bavia - Môi trường làm việc tốt - Cấu trúc hạt tốt - Chất lượng bề mặt tốt - Dung sai nhỏ - Giảm bước công nghệ hoàn thiện - Tỉ lệ sử dụng vật liệu cao Chính lợi ích làm cho cơng nghệ dập nửa nóng phù hợp với loại chi tiết yêu cầu xác, lại bị giới hạn lý công nghệ, kinh tế kích thước hình dạng bên ngồi Vì phương pháp dập nửa nóng cịn sử dụng thay cho phương pháp dập nóng giới hạn định 63 KẾT LUẬN Luận văn tốt nghiệp ngồi mục tiêu giới thiệu q trình dập nửa nóng Đồng thời minh họa thơng qua q trình mô biến dạng chi tiết bánh Nhằm tối ưu hóa cơng nghệ, trng phần nghiên cứu ln văn nghiên cứu cơng nghệ dập khối xác, qua nghiên cứu tính tốn thơng số ảnh hưởng đến trình tạ hình dập khối : Trạng thái ứng suất, trang thái biến dạng, lực dập, nhiệt độ dập Ứng dụng phương pháp mô số với trợ giúp phần mềm DEFORM-3D phân tích tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn Để tiến hành mô số trước hết cần xây dựng mơ hình tốn Deform-3D bào gồm mơ hình hình học, mơ hình vật liệu, điều kiên biên liên quan đến trình dập trạng thái nhiệt độ khác Các mô hình gần với thực tế kết mơ q trình xác Cuối luận văn mặc dụ công nghệ dập nóng phương pháp gia cơng đem lại nhiều lợi ích so với phương pháp khác dập nóng dập nguội, khơng thể thay hoàn toàn cho phương pháp khác Bằng việc mở rộng dạng chi tiết phù hợp với công nghệ dập nửa nóng, phương pháp gia cơng thường kết hợp với dập nguội mang lại tính kinh tế cao, đặc biệt với chi tiết tích lớn Các kết nghiên cứu mơ luận văn dừng lại lý thuyết, phần nghiên cứu luận văn triển khai thí nghiệm dập khối chi tiết thực tế để chứng tính đừng đắn kết mô khả ngứ dụng mô tính tốn thiết kế khn 64 Tµi liƯu tham kh¶o Phạm Văn Nghệ, Đinh Văn Phong, Nguyễn Mậu Đằng, Trần Văn Cứu, Nguyễn Trung Kiên (2008), Cơng nghệ dập tạo hình khối, Nhà xuất Bách khoa, H Ni Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Nh- Huynh (2005), Ma sát bôi trơn gia công áp lực, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung (2006), Lý thuyết dập tạo hình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Nh- Huynh, Nguyễn Trung Kiên (2011), Mô số trình biến dạng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đắc Trung, Phạm Văn Nghệ, Nguyn Mu ng, Nguyễn Trung Kiên, Lê Trung Kiên Lê Gia Bảo (2010), Công nghệ gia công áp lực, Bộ môn gia công áp lực-Đại học Bách Khoa Hà Nội Phạm Văn Nghệ (Chủ biên) (2005), Máy búa máy ép thuỷ lực, Nhà xuất Giáo dục Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2005), Máy ép khí, Nhà xuất Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi Semi-hot Stamping as an Improved Process of Hot Stamping-Maleck Maderi, Mostafa Ketabchi, Mahmoud Abbasi and Woldgang Bleck Warm Forming- Principle, Applications, Case Study-RuDi Schubert 10 Nguån internet 65 PHỤ LỤC Phụ lục 1.1 Bản vẽ chế tạo chi tiết 66 ... Tổng quan chi tiết Hình 3.1 Chi tiết thật [10] Hình 3.2 Mơ hình 3D chi tiết 26 Chi tiết bánh làm nhiệm vụ truyền lực, sử dụng hệ thống truyền lực máy để truyền hệ thống hay truyền lực chi tiết Điều... a) Lý chọn đề tài Tác giả chọn đề tài ? ?Nghiên cứu cơng nghệ tạo hình nửa nóng để chế tạo chi tiết bánh truyền động? ?? với hai lý sau: - Ngày nay, chi tiết bánh sử dụng rộng rãi nhà máy cơng nghiệp,... thước hình dạng bên ngồi Vì phương pháp dập nửa nóng cịn sử dụng thay cho phương pháp dập nóng giới hạn định [9] 2.3 Khả công nghệ công nghệ dập nửa nóng Những chi tiết dập nửa nóng thường chế tạo