Nghiên cứu sử dụng phần mềm CAD CAM pro e creo để thiết kế khuôn ép áp lực thanh nhôm định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐĂNG LƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM PRO/E CREO ĐỂ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP ÁP LỰC THANH NHƠM ĐỊNH HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG VĨNH SINH Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà nội, đến tơi hồn thành luận văn Cao học đạt kết mong muốn Nhân dịp hồn thành luận văn, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tất Thầy, Cô giáo Bộ mơn, Khoa, Trường tận tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt để hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cám ơn Thầy giáo PSG.TS Hoàng Vĩnh Sinh, người ln nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tơi việc thực luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo phản biện đọc luận văn đóng góp cho tơi ý kiến q báu bổ ích Nhân đây, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành tới người thân, gia đình, bạn bè thân thiết giúp đỡ, động viên học tập sống để tơi có kết ngày hơm Tơi xin cam đoan tơi viết luận văn hồn tồn tơi tự tìm hiểu trình bày Hà nội, ngày tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Đăng Lương MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Chương NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC 2.0 10 1.1 Tổng quan Creo 10 1.1.1 Thiết kế sản phẩm 10 1.1.2 Thiết kế khuôn 10 1.1.3 Lập trình gia cơng CNC 11 1.1.4 Mô động tính tốn ứng suất 11 1.1.5 Thiết lập xuất bảng vẽ 2D 13 1.2 Môi trường vẽ phác – Sketcher 13 1.2.1 Sketcher Toolbar 13 1.2.2 Các công cụ thiết kế đối tượng hình học : 15 1.2.3 Thay đổi đối tượng (Edit) 15 1.2.4 Thêm buộc (Add Constraint) 16 1.2.5 Tạo mặt phẳng trục tọa độ 16 1.3 Các lệnh tạo khối 16 1.3.1 Lệnh extrude 16 1.3.2 Lệnh revolve 17 1.3.3 Tạo lỗ Hole 17 1.3.4 Tạo gân – Rib 17 1.3.5 Shell – Tạo chi tiết dạng vỏ 17 1.3.6 Tạo mặt nghiêng – Draft 17 1.3.7 Lệnh Round 17 1.3.8 Sweep 17 1.3.9 Swept Blend 18 1.3.10 Blend 18 1.4 Hiệu chỉnh thông số thiết kế công cụ hỗ trợ thiết kế 18 1.4.1 Hiệu chỉnh thông số thiết kế 18 1.4.2 Các công cụ hỗ trợ thiết kế 18 Chương KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA KHN ÉP NHƠM 20 2.1 Q trình đùn ép nhôm 20 2.1.1 Nguyên tắc đùn ép 20 2.1.2 Các kiểu máy ép 21 2.2 Khuôn đùn ép 23 2.2.1 2.2.1.1 Khuôn solid 24 2.2.1.2 Khuôn hollow 24 2.2.2 Các phận khuôn 25 2.2.2.1 Container 26 2.2.2.2 Vịng khn (Die ring): 26 2.2.2.3 Khuôn phụ (Backer) 26 2.2.2.4 Đệm khuôn (Bolster) 26 2.2.2.5 Stem (ram) 26 2.2.3 2.3 Các loại khuôn kết cấu 23 Mác thép chế tạo khuôn chế độ nhiệt luyện nhôm 27 2.2.3.1 Các mác thép chế tạo khuôn 27 2.2.3.2 Chế độ nhiệt luyện khuôn 27 Các loại hợp kim nhơm dùng q trình đùn ép 29 2.3.1 Hợp kim hệ Al-Mg-Si 31 2.3.2 Các hợp kim hệ 7000 Al-Zn-Mg 32 2.3.3 Các hợp kim hệ 2000 Al-Cu hệ 7000 Al-Zn-Mg-Cu 33 2.3.4 5000 Hợp kim không nhiệt luyện hệ 3000 Al-Mn hợp kim đùn ép hệ 33 2.4 Quy trình sản xuất loại khn đùn ép 34 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm: 38 2.6 Một số dạng hư hỏng hay gặp trình đùn ép nhôm 38 2.7 Phương pháp sửa chữa khuôn thông thường 41 2.8 Bảo quản khuôn 41 2.9 Công nghệ thấm nito cho khuôn 42 2.10 Khảo sát tổ chức lớp thấm khuôn thấm lại nitơ 45 Chương THIẾT KẾ KHUÔN ĐÙN ÉP NHÔM 49 3.1 Bố trí profile đường kính khn 49 3.2 Xử lý bearing 52 3.3 Thiết kế khuôn 53 3.3.1 Thiết kế DIE 54 3.3.2 Thiết kế Feeder Plate (FP) 55 3.3.3 Thiết kế BACKER 55 3.4 Thiết kế số phận khuôn 56 3.4.1 Thiết kế Die ring (Áo khuôn) 56 3.4.2 Thiết kế Bolster (Đệm khuôn) 56 Chương MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO SẢN PHẨM 58 4.1 Khái quát chung mô số 58 4.2 Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô số 59 4.3 Các bước tiến hành mô số Ansys 60 4.4 Mơ q trình tạo sản phẩm 66 4.5 Kết luận 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 76 LỜI NÓI ĐẦU Ngày phát triển khoa học kỹ thuật thúc đẩy công nghệ thiết kế sản xuất tự động phát triển theo Cùng với phát triển công nghệ thông tin, nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc thiết kế lập kế hoạch sản xuất đời, với tính trội giúp người khắc phục nhiều khó khăn q trình hoạt động sản xuất Góp phần làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao độ tin cậy, đảm bảo sức khỏe điều kiện làm việc cho người… Trong lĩnh vực khí chế tạo, việc thiết kế chế tạo khn ép áp lực cịn gặp nhiều khó khăn công cụ hỗ trợ cho việc thiết kế gia cơng cịn nhiều hạn chế, chất lượng tính thẩm mĩ sản phẩm tạo chưa cao Việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM để thiết kế khn mơ q trình đùn ép nhơm vấn đề mà cán kỹ thuật cần phải quan tâm Bởi cơng việc giúp dự đoán khuyết tật, kịp thời đưa phương án xử lý trước vào sản xuất, giảm chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm Đề tài trình bày chương: Chương Nghiên cứu sử dụng phần mềm Creo parametric 2.0 Tìm hiểu mơ đun, lệnh tạo khối bản, cách hiệu chỉnh thông số thiết kế, công cụ hỗ trợ thiết kế phần mềm Creo parametric 2.0 Chương Kết cấu yêu cầu kỹ thuật khuôn đùn ép nhôm Nguyên tắc đùn ép, kiểu máy ép, loại khuôn kết cấu, mác thép dùng chế tạo khuôn, loại hợp kim nhôm Chương Thiết kế khn đùn ép nhơm Trình bày việc nghiên cứu bố trí profile, lựa chọn thơng số thiết kế cho loại sản phẩm nhơm định hình để thiết kế khuôn đùn Chương Mô trình tạo sản phẩm Trình bày việc nghiên cứu sử dụng phần mềm ANSYS để mô việc tạo hình dạng nhơm định hình Phần kết luận đưa vài tổng kết quan trọng hướng phát triển đề tài Mặc dù cố gắng đề tài không tránh khỏi khiếm khuyết Kính mong nhận đóng góp thầy ngồi trường để em hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn! Tác giả Nguyễn Đăng Lương DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Nội dung Trang Hình 1.1 Mơ hình 3D Creo 10 Hình 1.2 Mơ tách khn Creo 11 Hình 1.3 Mơ đường chạy dao Creo 11 Hình 1.4 Mơ động Creo 12 Hình 1.5 Phân tích lực chi tiết Creo 12 Hình 1.6 Tạo vẽ 2D Creo 13 Hình 2.1 Quá trình đùn ép 20 Hình 2.2 Máy đùn ép trực tiếp 21 Hình 2.3 Máy đùn ép trực tiếp có lõi rỗng 21 Hình 2.4 Máy đùn ép gián tiếp 23 Hình 2.5 Kết cấu khn solid 24 Hình 2.6 Kết cấu khn hollow 25 Hình 2.7 Các phận khn 26 Hình 2.8 Sơ đồ nhiệt luyện khn 28 Hình 2.9 Q trình sản xuất khn đùn ép 34 Hình 2.10 Thay đổi hướng dịng chảy 41 Hình 2.11 Sơ đồ cơng nghệ thấm nito cấp 43 Hình 2.12 Sơ đồ cơng nghệ thấm nito cấp 43 Hình 2.13 Sự phân bố độ cứng bề mặt theo chiều sâu lớp thấm 44 Hình 2.14 Tổ chức lớp thấm khn 44 Hình 2.15 Tổ chức lớp thấm có tích tụ nito 45 Hình 2.16 Vùng bề mặt khn 46 Hình 2.17 Phổ EDS lỗ 47 Hình 2.18 Phổ EDS bề mặt 47 Hình 3.1 Đường kính ngồi khn đường kính liên quan 49 Hình 3.2 Bố trí lỗ khn có thành mỏng gần tâm 49 Hình 3.3 Bố trí lỗ cân xứng với tâm 50 Hình 3.4 Bố trí lỗ theo hàng 50 Hình 3.5 Xử lý lỗ hình chữ U hẹp 50 Hình 3.6 Xử lý bearing 51 Hình 3.7 Mặt cắt nhơm chữ I 52 Hình 3.8 Die 53 Hình 3.9 Feeder Plate 54 Hình 3.10 Backer 56 Hình 3.11 Die ring 56 Hình 3.12 Bolster 57 Hình 4.1 Các bước giải tồn phần mềm ANSYS 63 Hình 4.2 Polyflow cho phép dự đốn biên dạng sản phẩm vật đùn 66 Hình 4.3 Biên dạng khn chữ I 66 Hình 4.4 Mơ hình chữ I 67 Hình 4.5 Mơ hình lưới phần tử 67 Hình 4.6 Cài đặt điều kiện biên 68 Hình 4.7 Véc tơ chuyển vị dịng ép chảy 68 Hình 4.8 Phân bố áp suất đùn ép 69 Hình 4.9 Véc tơ chuyển vị dịng ép chảy 69 Hình 4.10 Phân bố áp suất đùn ép 70 Hình 4.11 Biên dạng sản phẩm bị phồng so với biên dạng khn 70 Hình 4.12 Biên dạng khn 71 Hình 4.13 Biên dạng sản phẩm 71 Hình 4.14 Hình dạng biên dạng rãnh khn cần thiết kế 72 Bảng 2.1 Thành phần hóa học số mác thép thông dụng dùng làm khuôn 26 Bảng 2.2 Các nhóm hợp kim nhơm 28 Bảng 2.3 Phân bố độ cứng bề mặt từ bề mặt lõi khuôn thấm 45 Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật số máy ép tiêu chuẩn 35 Bước 1: Xây dựng mơ hình sản phẩm Hình 4.4 Mơ hình chữ I Bước 2: Chia lưới phần tử mơ hình Hình 4.5 Mơ hình lưới phần tử 67 Bước 3: Cài đặt điều kiện biên cho mơ hình Hình 4.6 Cài đặt điều kiện biên Bước 4: Kết đùn sản phẩm TH1: Tốc độ dòng ép chảy Q = mm^3/s ta có kết sau: Hình 4.7 Véc tơ chuyển vị dịng ép chảy 68 Hình 4.8.Phân bố áp suất đùn ép TH2: Tốc độ dịng ép chảy Q= 200 mm^3/s ta có kết quả: Hình 4.9 Véc tơ chuyển vị dịng ép chảy 69 Hình 4.10.Phân bố áp suất đùn ép Hình 4.11 Biên dạng sản phẩm bị phồng lên so với biên dạng khn 70 Hình 4.12 Biên dạng khn Hình 4.13 Biên dạng sản phẩm 71 Tỷ lệ phồng lên theo phương X là: Tỷ lệ phồng lên theo phương Y là: Nhận xét: - Polyflow cho phép dự đoán biên dạng sản phẩm đùn khỏi khuôn, Cụ thể biên dạng chi tiết khỏi khuôn bị phồng lên so với biên dạng khuôn theo phương Y biên dạng bị co lại theo phương X - Từ để có biên dạng sản phẩm mong muốn ta phải thiết kế khuôn cho biên dạng tiết diện rãnh khuôn phải theo tỷ lệ phù hợp với biên dạng sản phẩm - Do cần điều chỉnh biên dạng rãnh khuôn thiết kế sau: Hình 4.14 Hình dạng biện dạng rãnh khuôn cần thiết kế 4.5 Kết luận Từ việc nghiên cứu sử dụng ANSYS POLYFLOW mô số trình tạo sản phẩm đùn ép cho phép phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng dịng chảy vật liệu Qua cho phép người kỹ sư cơng nghệ đánh giá tổng quát trình biến dạng từ tránh ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm Từ nhanh chóng tối ưu hóa kết cấu khn tạo thơng số q trình đùn ép 72 KẾT LUẬN Ngày với phát triển ngành công nghệ thơng tin nên phần mềm hỗ trợ q trình thiết kế, hỗ trợ trình sản xuất phát triển theo Buộc yêu cầu người cán kỹ thuật phải khơng ngừng tìm tịi để thích ứng với u cầu sở thiết kế sản xuất Đề tài đề cập đến việc ứng dụng phần mềm Creo parametric phiên với giao diện hồn tồn khác nhiều tính ưu việt cải tiến từ phần mềm Proengineer Creo parametric 2.0 phần mềm thiết kế theo tham số, có nhiều tính mạnh lĩnh vực CAD/CAM/CAE Chỉ với Creo 2.0 người dùng thiết kế, tạo khn, lập trình gia cơng CNC lập mơ hình mơ tất chi tiết hay vật thể Thanh nhôm định hình chế tạo phương pháp ép qua khuôn áp suất nhiệt độ cao Việc thiết kế loại khn có u cầu nghiêm ngặt nhơm tạo có u cầu cao độ xác độ thẳng Khn đùn ép kết cấu khí phức tạp, làm chất liệu cứng bền, chịu áp lực cao từ máy ép mà không bị nứt, gãy Đường kính khn ép nhỏ tốt lý chi phí lý làm việc Tùy theo loại nhơm định hình cần chế tạo mà sử dụng khuôn đặc hay khuôn hở Trong phần mô phỏng, tác giả sử dụng việc xây dựng mô hình từ phần mềm Creo để thiết kế Sau xuất sang ANSYS để tiến hành mô Tiếp theo tiến hành chia lưới phần tử, xây dựng mơ hình vật liệu, mơ hình tiếp xúc điều kiện biên liên quan đến trình đùn ép trạng thái nóng Các mơ hình gần thực tế kết mơ xác nhiêu Và kết cho thấy lưu lượng dòng ép chảy đủ lớn biên dạng chi tiết bị phồng lên so với biên dạng khuôn 73 Qua việc đánh giá kết mô giúp cho người thiết kế không phát triển mặt lý thuyết mà cịn nhanh chóng tối ưu cơng nghệ Các kết tối ưu nhờ mô số ướng dụng thực tế sản xuất Tuy nhiên kết nghiên cứu dùng lại lý thuyết, phần nghiên cứu luận văn triển khai thí nghiệm để kiểm chứng lại tính đắn q trình mơ khả áp dụng vào sản xuất thực tế 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W A Assaad (2010) Aluminum extrusion with a deformable die [2] TS Lê Thị Chiều (2006) Khảo sát phân tích nguyên nhân sai hỏng phổ biến sử dụng khuôn đùn ép khung nhôm xây dựng Tạp chí Khoa học cơng nghệ kim loại [3] Pradip K Saha (2000) Aluminum Extrusion Technology [4] Nguyễn Đắc Trung- Lê Thái Hùng- Nguyễn Như Huynh- Nguyễn Trung Kiên (2011) Mơ số q trình biến dạng [5] (2013) ANSYS Polyflow Tutorial Guide 75 PHỤ LỤC 76 77 78 79 Tọa độ điểm biên dạng sản phẩm khỏi khuôn: STT X [ mm ] 5.34E+00 4.59E+00 9.33E+00 1.43E+01 1.84E+01 2.54E+01 3.24E+01 3.65E+01 4.15E+01 10 4.62E+01 11 4.55E+01 12 3.82E+01 13 3.02E+01 14 2.99E+01 15 3.00E+01 16 2.99E+01 17 2.99E+01 18 2.99E+01 19 2.99E+01 20 2.99E+01 21 2.99E+01 22 2.99E+01 23 3.00E+01 24 2.99E+01 25 3.02E+01 26 3.82E+01 27 4.55E+01 28 4.62E+01 29 4.15E+01 30 3.65E+01 31 3.24E+01 32 2.54E+01 33 1.84E+01 34 1.43E+01 35 9.33E+00 36 4.59E+00 37 5.33E+00 38 1.26E+01 39 2.06E+01 Y [ mm ] 1.10E+02 1.14E+02 1.15E+02 1.15E+02 1.14E+02 1.15E+02 1.14E+02 1.15E+02 1.15E+02 1.14E+02 1.10E+02 1.12E+02 1.09E+02 9.85E+01 8.89E+01 7.93E+01 6.98E+01 6.03E+01 5.08E+01 4.13E+01 3.18E+01 2.23E+01 1.27E+01 3.07E+00 -6.92E+00 -9.97E+00 -8.89E+00 -1.25E+01 -1.32E+01 -1.34E+01 -1.28E+01 -1.30E+01 -1.28E+01 -1.34E+01 -1.32E+01 -1.25E+01 -8.89E+00 -9.97E+00 -6.92E+00 Z [ mm ] -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 80 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 2.09E+01 2.08E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.09E+01 2.08E+01 2.09E+01 2.06E+01 1.26E+01 3.07E+00 1.27E+01 2.23E+01 3.18E+01 4.13E+01 5.08E+01 6.03E+01 6.98E+01 7.93E+01 8.89E+01 9.85E+01 1.09E+02 1.12E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 -9.90E+02 81 ... module bật Creo 2.0: 1.1.1 Thiết kế sản phẩm Hình 1.1 Mơ hình 3D Creo Người dùng thiết kế tất sản phẩm từ đơn giản công cụ: Extrude, Revolve, Sweep đến phức tạp lệnh: Blend, Warp, Section Sweep,... CÁC HÌNH VẼ Tên hình Nội dung Trang Hình 1.1 Mơ hình 3D Creo 10 Hình 1.2 Mơ tách khn Creo 11 Hình 1.3 Mơ đường chạy dao Creo 11 Hình 1.4 Mơ động Creo 12 Hình 1.5 Phân tích lực chi tiết Creo 12 Hình. .. Chương NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC 2.0 1.1 Tổng quan Creo Creo 2.0 phần mềm hãng Prametric Technology Corp Được nâng cấp lên từ phiên Pro/ E với giao diện thay đổi gần hoàn toàn để