THÔNG TIN TÀI LIỆU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG THẮNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ VÀ HÌNH HỌC ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHI TIẾT KHI DẬP KHỐI TRONG KHN KÍN Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2021 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Nghệ TS Lê Trung Kiên Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm 20… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, hầu hết chi tiết truyền động dập tạo hình từ phơi đặc trải qua nguyên công chuẩn bị phôi, nung phôi, ngun cơng tạo hình sơ bộ, dập thơ, dập tinh, ngun cơng hồn thiện Tuy nhiên việc làm chủ công nghệ để nâng cao suất, chất lượng sản phẩm, tạo hình chi tiết phức tạp, với độ xác vấn đề khó quan tâm ngành gia cơng áp lực Việc tính tốn xác hình dạng phơi, dụng cụ gia cơng kiểm sốt thơng số q trình gia cơng tiến hành dập tạo hình xác chi tiết thường khó khăn chưa có nghiên cứu cụ thể cho phép tính tốn lựa chọn đồng thời yếu tố kể để nâng cao độ xác chi tiết dập Chính vậy, việc đặt mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình học phơi, hình dạng dụng cụ gia cơng, thơng số cơng nghệ có ý nghĩa, vừa đóng góp mặt học thuật kiến thức cơng nghệ dập tạo hình khối, vừa có ý nghĩa thực tiễn việc tiết kiệm vật liệu, lượng tạo hình, rút ngắn thời gian qui trình cơng nghệ nâng cao chất lượng chế tạo chi tiết truyền động thiết bị máy móc khí Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu - Xác định quy luật ảnh hưởng thông số hình học phơi, thơng số hình học dụng cụ gia cơng thơng số cơng nghệ đến độ xác sản phẩm dập tạo hình khn kín - Thiết lập mối quan hệ mức độ điền đầy vị trị vành mặt bích sản phẩm - bán kính góc lượn r (bán kính r) lực tạo hình, phụ thuộc vào thơng số hình học phôi, dụng cụ gia công thông số công nghệ q trình dập dựa mơ số kết hợp với thực nghiệm - Đánh giá khả ứng dụng kết nghiên cứu chế tạo chi tiết khớp nối đạt độ xác cao 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: + Chi tiết khớp nối hệ thống truyền động xe ô tô; + Công nghệ dập khối khuôn kín để nâng cao độ xác cho chi tiết; + Ứng dụng phần mềm mô số Deform3D để nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ hình học đến độ xác chi tiết dập khối khn kín - Phạm vi nghiên cứu: + Miền giá trị thơng số hình học ban đầu phôi (H/D = 1,4 đến 2,0; chày dập có góc nghiêng α = 60 đến 90; hệ số ma sát µ dập nóng từ 0,3 đến 0,6 + Đánh giá độ xác kích thước, khả tạo hình điền đầy sản phẩm thơng qua thơng số bán kính góc lượn r (trên vành mặt bích) lực dập tạo hình Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với mô thực nghiệm: Ý nghĩa đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học - Phân tích đánh giá ảnh hưởng thơng số hình học phơi (H/D), hệ số ma sát (μ), thơng số hình học chày (α) đến độ xác lực tạo hình chi tiết khớp nối dập khối khn kín; - Bằng mơ số khảo sát, qua tìm quy luật, dự báo giải thích xu hướng dịng chảy kim loại dập khn kín; - Các kết nghiên cứu đóng góp thêm vào sở khoa học cho hướng nghiên cứu chuyên sâu sử dụng làm tài liệu tham khảo đào tạo chuyên ngành tạo hình biến dạng 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Dựa mối quan hệ thơng số khảo sát, lựa chọn thông số công nghệ hợp lý định hướng cho triển khai áp dụng vào thực tiễn sản xuất chi tiết tương tự, địi hỏi độ xác cao - Xây dựng hệ thống thực nghiệm phù hợp với điều kiện sẵn có, làm sở để định hướng triển khai công nghiệp phục vụ chủ động sản xuất nước Các điểm luận án - Xây dựng miền giá trị H/D, thơng số hình học chày, hệ số ma sát dựa mô số để đảm bảo mức độ điền đầy lịng khn lực tạo hình - Xây dựng mơ hình tốn học biểu diễn ảnh hưởng đồng thời thơng số cơng nghệ hình học đến mức độ điền đầy lực tạo hình - Đánh giá độ xác dập chi tiết đầu khớp nối thông qua thực nghiệm so sánh với mô Kết chi tiết đạt độ xác u cầu, khẳng định tính cơng nghệ phù hợp Các nội dung luận án Luận án mục quy định phần Mở đầu trình bày 04 Chương: Chương Tổng quan cơng nghệ dập khối khn kín Chương Cơ sở lý thuyết công nghệ dập khối khn kín Chương Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến độ xác chi tiết khớp nối dập khn kín mơ số Chương Thực nghiệm kiểm chứng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG KHN KÍN 1.1 Khái qt cơng nghệ dập tạo hình khối 1.1.1 Dập khối Dập khối phương pháp gia công kim loại áp lực, phôi dạng khối tác dụng ngoại lực để đạt hình dáng, kích thước mong muốn mà khơng có phá hủy liên kết vật liệu bảo tồn thể tích 1.2.2 Dập khối khn kín Dập khối khn kín phương pháp cơng nghệ có nhiều ưu điểm bật so với loại hình cơng nghệ khác như: tiết kiệm ngun vật liệu, hiệu mặt kinh tế, suất cao Hình 1 Dập khối tiết kiệm đến từ 30 - 75% nguyên vật liệu Hình Các yếu tố công nghệ dập khuôn kín Các khía cạnh nghiên cứu cơng nghệ dập khối khn kín kể đến (hình 1.2): thơng số cơng nghệ q trình dập; thơng số hình học phơi; độ xác thiết bị khn Dập khối khn kín thường ứng dụng để chế tạo truyền động, thường có dạng trịn xoay đối xứng Hiện nay, hầu hết chi tiết dập khối qua nguyên công: nung, chồn cục bộ, dập khối khuôn kín ép chảy, gia cơng nhiệt luyện 1.2 Các nghiên cứu trong, nước dập khối khn kín 1.2.1 Các nghiên cứu nước ngồi Đầu tiên nghiên cứu khuôn dập, tác giả Murai, E Gronostajski cộng cơng bố cơng trình nghiên cứu tính tốn xác dụng cụ gia cơng dập khối khn kín Hình Các dạng chày sử dụng để gia cơng chi tiết Ngồi độ xác sản phẩm cơng nghệ dập khối khn kín cịn phụ thuộc vào hình dáng chày dập Hình 1.4 hình dạng chày gia cơng Thứ hai, cơng trình nghiên cứu yếu tố tính tốn phơi dập Tác giả Brito, L.M.H cơng bố cơng trình nghiên cứu quy trình dập khn kín dập chất lượng phơi quan trọng định đến độ xác chi tiết Hình 1.5 Phơi qua bước tạo hình Như trình bày phía trên, mối quan hệ thể tích phơi khối lượng vật dập quan trọng Trong dập khối khn kín, dung sai khối lượng phơi cho phép ± 0,5 ± 1%, phôi lớn gây tải phá hủy kết cấu khn, bề mặt phơi gia cơng có độ xác khơng cao chất lượng vật dập khơng cao Hình Các kiểu hình dáng phơi lựa chọn Nếu hình dạng phơi phức tạp, phân phối thể tích phơi quan trọng để đảm bảo dòng chảy kim loại phù hợp q trình dập Phơi gần với hình dạng chi tiết dập độ xác cao Bên cạnh việc định vị phơi định đến độ xác vật dập độ bền khn phân bố đồng dịng chảy kim loại dập Hình Biến dạng phơi hình trụ bị định vị lệch tâm Thứ ba, nghiên cứu ảnh hưởng bôi trơn q trình dập khối khn kín Tác giả Gronostajski, Z, M Hawryluk M Irani, R.A.N., T Dallali Isfahani cơng bố cơng trình nghiên cứu tính tốn ảnh hưởng chất bơi trơn đến q trình dập, yếu tố khó tính tốn Tuy nhiên, bôi trơn yếu tố quan trọng trình dập khối khn kín Bơi trơn ảnh hưởng đến tải trọng dập, mức độ mà kim loại điền đầy lịng khn, tính đồng cấu trúc chất lượng bề mặt vật dập sản phẩm Thứ tư, tác giả công bố nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến dập khối khn kín Tác giả B A Behrens, D.O hay nhóm tác giả N Ogawa, M Shiomi *, K Osakada công bố kết nghiên cứu tính tốn nhiệt độ phơi biến số quan trọng dập khối khn kín Tức u cầu việc kiểm sốt nhiệt độ tồn q trình dập Vì việc tính tốn nhiệt độ phơi q trình dập yêu cầu bắt buộc Thứ năm, yếu tố ảnh hưởng đến dập khối khn kín kể đến thiết bị dập Khơng có loại thiết bị dập tốt cho tất ứng dụng dập khối khn kín Máy ép trục khuỷu dập nóng cho phù hợp để tiến hành dập khối khn kín Lực tác động nhanh, dụng cụ bị ảnh hưởng q trình truyền nhiệt phôi Thứ sáu, theo kết nghiên cứu tác giả Senyong Chen cho thấy, với gia tăng tốc độ dập, yêu cầu lực dập tăng đáng kể Tốc độ dập cao dẫn đến trầy xước nghiêm trọng bề mặt sản phẩm Do lực dập lớn, ứng suất cắt phôi khuôn cao Ứng suất cắt phá vỡ bám dính lớp phủ phốt phát bề mặt Nó cịn ứng suất cắt phần không ảnh hưởng Hình Biểu đồ mối quan hệ lực dập tốc độ dập 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Tác giả Nguyễn Trung Kiên có nghiên cứu, thiết kế công nghệ khuôn dập khối khối khn kín chi tiết bánh mơ hay tác giả Lý Thị Thanh Huyền có nghiên cứu cơng nghệ dập tạo hình xác trạng thái nửa nóng Kết nghiên cứu dừng lại việc mơ Hình Hình ảnh mô chi tiết chữ thập Trong công nghệ dập khối khn kín cần phải tính tốn xác yếu tố bao gồm: thể tích phơi; nhiệt độ phơi thiết bị tạo hình; tốc độ dập; định vị phơi lịng khn, bơi trơn q tình dập; độ xác dụng cụ gia cơng; đàn hồi máy, Tuy vậy, đến giới Việt Nam chưa có nghiên cứu đánh giá đầy đủ ảnh hưởng đồng thời yếu tố kể đến việc dập tạo hình chi tiết khn kín, để từ tối ưu thông số đầu vào nhằm nâng cao độ xác chi tiết tạo hình phương pháp áp dụng thành cơng sản xuất cơng nghiệp Điều khó khăn cơng nghệ phải tính tốn xác hình dáng phơi ban đầu, thơng số dụng cụ tạo kiểm sốt yếu tố cơng nghệ q trình dập KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nghiên cứu tổng quan công nghệ dập khối khn kín thấy giới có nhiều cơng trình cơng bố, nhiên Việt Nam nghiên cứu lĩnh vực chưa nhiều để giải vấn đề Luận án tập trung vào nội dung nghiên cứu sau đây: - Cơ sở lý thuyết công nghệ dập khối khn kín - Thiết lập mơ hình tốn dập khối khn kín - Mơ số dập chi tiết khớp nối phần mềm Deform 3D - Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học phơi (H/D), ma sát q trình dập (µ), thơng số hình học dụng cụ (góc nghiêng chày α) đến bán kính góc lượn r (mức độ điền đầy sản phẩm) lực dập tạo hình - Xây dựng mơ hình tốn học biểu diễn mối quan hệ thơng số H/D, µ, α đến bán kính góc lượn r lực dập tạo hình - Đưa thông số tối ưu phối hợp yếu tố ảnh hưởng đến bán kính góc lượn r lực dập tạo hình để tiến hành thực nghiệm kiểm chứng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƠNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG KHƠN KÍN 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn đặc tính điền đầy dập khối khn kín 2.1.1 Đặc điểm chung Khi dập việc lấp đầy hốc dập khn kín tính tốn Các thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng dạng hình học phơi khác bôi trơn ảnh hưởng đến mức độ điền đầy góc khn dập 2.1.2 Các giả thiết tính tốn Mơ hình phơi dập khn bao gồm chày dập, đối áp khoang chứa Hình Góc khơng điền đầy dập xác khn kín 2.1.3 Tính tốn trường vận tốc trình biến dạng Ba dạng biến dạng giả định hình vẽ a, Biến dạng kiểu b, Biến dạng kiểu c, Biến dạng kiểu Hình 2.2 Giả thiết kiểu biến dạng dập khn kín 2.1.4 Tính tốn kích thước góc sản phẩm dập khn kín Vận tốc chày dập tính U U t (2.1) 2.2.3 Bán kính góc lượn Bán kính góc lượn phần bán kính chuyển tiếp hai bề mặt khn Bán kính lượn hợp lý tạo thuận lợi cho q trình chảy dẻo kim loại điền đầy lịng khn Hình Bán kính lượn khn 2.2.4 Lỗ chưa thấu màng ngăn lỗ Lỗ chưa thấu tạo thành dập khối để giúp tạo lỗ vật dập sau Trong lỗ chưa thấu chứa màng ngăn lỗ Phần thường đột với nguyên công cắt biên Màng ngăn lỗ: Phần kim loại công nghệ cịn lại lỗ sau dập Hình Các dạng lỗ chưa thấu màng ngăn lỗ 2.2.5 Biến dạng đàn hồi máy ép trục khuỷu 2.3 Các dạng khuyết tật trình dập khối khn kín 2.3.1 Nứt bề mặt sản phẩm 2.3.2 Khuyết tật gấp sản phẩm 2.3.3 Khuyết tật vết xước sâu tạo rãnh bề mặt 2.3.4 Khuyết tật không điền đầy khuôn KẾT LUẬN CHƯƠNG - Nghiên cứu sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại khn kín, yếu tố ảnh hưởng đến mức độ điền đầy lịng khn, giả thiết tính tốn kích thước góc sản phẩm dập, làm sở cho việc nghiên cứu, tính tốn, xây dựng tốn mơ thực nghiệm dập chi tiết khớp nối khn kín với vật liệu thép C45 11 - Nhiệt độ trình dập thép C45 xác định từ sở nghiên cứu vật liệu học thực tế sản xuất (T = 11500C), việc xác định nhiệt độ dập phù hợp để đạt độ xác sản phẩm xác định mô số - Cơ sở lý thuyết cho phép tính tốn số thơng số lực dập, nhiệt độ phơi, bán kính góc lượn khn, góc nghiêng thành lịng khn, biến dạng đàn hồi khung thân máy Tuy nhiên để giải toán cần sử dụng phối hợp phần mềm mô số phân tích lý thuyết kết hợp thực nghiệm giải pháp phù hợp mang lại hiệu cao trình thực - Qua nghiên cứu khuyết tật thường gặp dập khối khn kín thấy cần thiết phải tính tốn xác thơng số cơng nghệ, thơng số hình học dụng cụ, đặc biệt độ xác hình học phơi dập, từ để tiến hành mơ kiểm chứng thực nghiệm CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CHI TIẾT KHỚP NỐI KHI DẬP TRONG KHN KÍN BẰNG MƠ PHỎNG SỐ 3.1 Ứng dụng mơ số gia cơng áp lực 3.2 Trình tự xây dựng tốn mơ số 3.3 Thiết lập tốn mơ số với Deform 3D 3.3.1 Mơ hình hình học Trên sở tham khảo số loại khớp nối truyền động, luận án lựa chọn chi tiết khớp nối với kích thước cụ thể hình 3.1 (b) (a) Hình (a) kích thước khớp nối; (b) mơ hình khớp nối 3D Phơi sử dụng tốn mơ dạng trụ trịn Kích thước phơi xác định dựa vào điều kiện thể tích khơng đổi Bảng Các kích thước hình học phơi dùng để mơ 12 Thể tích phơi Chiều vào phơi Đường kính H/D V(mm3) H(mm) phơi D (mm) 74,00 52 1,4 157078.5 80,04 50 1,6 86,85 48 1,8 94,57 46 2,0 Mơ hình hình học tốn dập chi tiết khớp nối khn kín Hình Mơ hình 3D tốn dập chi tiết khớp nối Trong mơ hành trình dập bước mô nhau, yếu tố đầu vào bước sau kết đầu bước trước, điều đảm bảo độ xác mơ thực tế Q trình mơ tạo hình chi tiết khớp nối phần mềm Deform 3D bao gồm ba bước liên tục Bước chồn, bước thứ hai dập thô, cuối dập tinh sử dụng lịng khn kín để tạo hình 3.3.2 Mơ hình phần tử hữu hạn 3.3.3 Mơ hình hành vi - nhiệt vật liệu 3.3.4 Điều kiện biên Điều kiện biên Thông số Giá trị - Nhiệt độ phơi ban đầu, (0C) 1150 Nhiệt độ - Có xét đến toán nhiệt số (Tp) truyền nhiệt, (T) Hệ số ma sát điều kiện biến dạng nóng Ma sát 0.3–0,6 có bơi trơn µ - Khuôn cố định cứng tuyệt đối Chày dập - Khn gia nhiệt, (0C) 300 - Bán kính góc lượn khn R(mm) Khn - Tốc độ máy dập trục khuỷu: hành trình/ phút 40 3.2.5 Chọn miền khảo sát cho thông số đầu Luận án tiến hành nghiên cứu khảo sát bán kính góc lượn r phần vành biên lực biến dạng lớn (Pmax) tạo hình sản phẩm thơng 13 qua mô số, từ kết khảo sát thơng số đầu vào tính tốn lựa chọn gồm: - H/D với giá trị: H/D = 1,4; 1,6; 1,8; 2,0, tương ứng phôi có đường kính 52; 50; 48; 46 mm - Hệ số ma sát µ thay đổi với trị số là: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 - Góc nghiêng α chày với giá trị: 60, 70, 80, 90 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến độ xác chi tiết khớp nối dập khn kín 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng H/D tới bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax Để xác định r, sau kết thúc q trình mơ q trình dập phần mềm Deform 3D, hình ảnh sản phẩm chuyển sang phần mềm Autocad để đo bán kính r Hình 3.3 Bán kính vành mặt bích đo phần mềm Autocad 3.4.1.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số H/D đến bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax Hình Đồ thị lực dập Pmax r với µ=0,3 α = 60 Bảng Khảo sát bán kính r lực dập Pmax µ=0,3 α = 60 TT H/D 1,4 1,6 1,8 2,0 H 74 80 86,85 94,57 D 52 50 48 46 µ 0,3 0,3 0,3 0,3 14 αo 6 6 r (mm) 1.45 1.37 1.39 1.46 Pmax (tấn) 580 571 565 560 3.4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thơng số hình học phơi H/D tới bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax Hình Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng H/D đến bán kính r 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ số ma sát tới bán kính góc lượn r lực tạo hình 3.4.2.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hệ số ma sát µ đến bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax 3.4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng hệ số ma sát tới bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng chày α tới bán kính góc lượn r lực tạo hình 3.4.3.1 Kết nghiên cứu với ảnh hưởng góc nghiêng chày α tới bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax 3.4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng hệ số ma sát tới bán kính góc lượn r lực tạo hình Pmax Hình Đồ thị biễu diễn quan hệ góc nghiêng chày đến bán kính góc lượn r KẾT LUẬN CHƯƠNG - Với phân mức α, ma sát tăng, mức độ điền đầy giảm ngược lại Ở mức ma sát, phơi có kích thước H/D=1,6, sảm phẩm có r nhỏ nhất, tức với phơi có H/D=1,6 dập ta chi tiết có độ xác cao 15 - Với phân mức góc nghiêng chày α hệ số ma sát µ, H/D tăng lực dập Pmax giảm, có nghĩa chiều cao vật dập tăng, lực dập giảm - Với phân mức H/D µ, góc α tăng bán kính r giảm (mức độ điền đầy tăng), mức độ điền đầy tốt α=90 Tương tự với lực dập Pmax tăng góc nghiêng α chày tăng Từ kết nghiên cứu mơ tạo tiền đề cho việc tính tốn, lựa chọn tối ưu thơng số hình học phôi, khuôn thông số công nghệ áp dụng vào việc thực nghiệm dập xác chi tiết khớp nối khn kín CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG DẬP CHI TIẾT KHỚP NỐI TRONG KHN KÍN 4.1 Thiết kế mô thực nghiệm Bảng 4.1 Thông số đầu vào đầu Thông số đầu Miền giá trị khảo vào sát H/D Thông số đầu Bán kính r Lực tạo hình Pmax r (mm) Pmax (Tấn) 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 αo 60; 70; 80; 90 µ 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 4.2 Phân tích phương sai 4.3 Phân tích ảnh hưởng mức phù hợp thơng số hình học phơi khn tối mức độ điền đầy lực tạo hình Pmax 4.3.1 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp thơng số hình học phơi (H/D), góc nghiêng chày (α) hệ số ma sát (µ) tới bán kính góc lượn r 4.3.1.1 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thơng số hình học phơi ( H/D), góc nghiêng (α) hệ số ma sát (µ) tới r Hình Biểu đồ phân mức yếu tố H/D, µ α cho r 16 Hình Biểu đồ mức độ ảnh hưởng H/D, µ α tới bán kính r Từ biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố ta thấy yếu tố ảnh hưởng lớn tới bán kính r H/D (53%), tiếp đến µ (29%) yếu tố ảnh hưởng tới bán kính r góc α (18%) 4.3.1.2 Xây dựng mơ hình tốn học biểu diễn mối quan hệ thơng số H/D, µ, α bán kính góc lượn r Theo sở lý thuyết phương pháp bình phương nhỏ để xây dựng mơ hình tốn học hàm mục tiêu bán kính r với thơng số ảnh hưởng tới H/D, µ α Với hệ số a1, a2, a3,…,a15 ẩn cần tìm H/D, µ α thông số nghiên cứu 2 3 2 H H H H r mm a1 a2 a3 a4 a5 a a7 D D D D a8 2 H H 2 H a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 D D D Giải phương trình phần mềm Matlab với 15 ẩn a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9, a10, a11, a12, a13, a14, a15 ta nghiệm Với hệ số tìm ta có phương trình hồi quy sau: 3 H H r mm 2,3646 2,9064 0,01 0,0302 0,3944 D D 2 H H H H 0.2785 0.0904 14,9897 0,8065 D D D D H 0,0969 26.7278 1,0637. 0,7234. 19,0607 D 0,0664 Với phương trình hồi quy ta xây dựng đồ thị biểu thị ảnh hưởng thông số tới bán kính r Hình 4.3 Hình Biểu đồ phụ thuộc r tới thông số H/D, µ α 17 4.3.2 Phân tích ảnh hưởng, mức phù hợp thơng số hình học phơi ( H/D), góc nghiêng chày (α) hệ số ma sát (µ) tới tới Pmax 4.3.2.1 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thơng số hình học phơi ( H/D), góc nghiêng chày (α) hệ số ma sát (µ) tới Pmax Để định lượng ảnh hưởng yếu tố H/D, µ, α tới lực dập Pmax, ta thiết lập biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Hình 4 Biểu đồ phân mức yếu tố H/D, µ, α cho Pmax Hình Biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố H/D, µ, α tới Pmax Từ biểu đồ mức độ ảnh hưởng yếu tố ta thấy yếu tố ảnh hưởng lớn tới lực tạo hình H/D (60%) tiếp đến µ (21%) yếu tố ảnh hưởng tới lực tạo hình α (19%) 4.3.2.2 Xây dựng mơ hình tốn học biểu diễn mối quan hệ thông số H/D, µ, α lực tạo hình Pmax Tương tự xây dựng hàm toán học mức độ điền đầy, ta lựa chọn hàm hồi quy đa thức bậc Với 15 hệ số ẩn cần tìm thơng số H/D, hệ số ma sát µ góc nghiêng chày tinh α thông số nghiên cứu 2 3 2 H H H H P a1 a2 a3 a4 a5 a a7 D D D D a8 2 H H 2 H a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 D D D Theo phương pháp bình phương nhỏ nhất, điều kiện cực trị cần xác định, giải phương trình phần mềm Matlab, ta có 15 hệ số hàm hồi qui lực sau: 18 3 H H Pmax (T) 235,6504 1708,9 2,0069 37, 4482 57, 2845 D D 2 H H H H 54, 4815 195,8764 1581,1 2210, D D D D H 18,5233 2679,7 1113,3. 148,1471. 1464,1 D 13,9747 Với phương trình hồi quy ta xây dựng đồ thị biểu thị ảnh hưởng thơng số tới bán kính r Hình 4.6 Hình Sự phụ thuộc lực tạo hình vào thơng số H/D,µ, α 4.4 Ứng dụng kết nghiên cứu để dập chi tiết khớp nối khn kín Qua phân tích mơ với mức ưu tiên điền đầy ta chọn phân mức: H/D = 1,6; α = 90; µ = 0,3 để tiến hành thực nghiệm dập tạo hình chi tiết khớp nối 4.4.1 Vật liệu thí nghiệm Chi tiết khớp nối chế tạo thép C45 Số lượng 20 phôi, phơi chọn có kích thước HxD 80x50mm 4.4.2 Thiết bị thí nghiệm Máy ép trục khuỷu dập nóng; Lò nung trung tần, thiết bị đo kiểm 4.4.3 Bộ khn dập Hình Lắp khn dập máy 4.4.4 Trình tự thí nghiệm điều kiện công nghệ dập 19 Bước phôi nung đảm bảo nhiệt độ ép 11500C, bước gia nhiệt cho khuôn lần đầu; bước 3, phôi đưa vào lịng khn chồn, dập thơ, dập tinh, q trình dập dập liên tục, thời gian dập 6s; bước lấy sản phẩm kiểm tra Hình Các sản phẩm sau dập đạt yêu cầu Hình Các sảnh phẩm bị lỗi hư hỏng 4.4.5 Kết thực nghiệm 4.4.5.1 Về độ xác kích thước, hình học sản phẩm Các thiết bị sử dụng máy đo tọa độ chiều Mitutoyo 544 máy đo biên dạng Mitutoyo CV-2100 Bằng việc sử dụng thiết bị đo đại, xác để đo kích thước chi tiết sau dập so sánh với yêu cầu kích thước thiết kế, thấy kích thước nằm dung sai cho phép theo yêu cầu chế tạo, qua khẳng định chi tiết đạt độ xác sau dập 20 Hình 10 Máy đo tọa độ chiều Mitutoyo 544 máy biên dạng Mitutoyo CV-2100 4.4.5.2 Dòng chảy kim loại tổ chức tế vi Hình 11 Các vị trí lấy mẫu để soi dịng chảy Vị trí M2 Vị trí M1 Vị trí M3 Hình 4.12 Tổ chức tế vi dòng chảy mẫu M1, M2, M3 4.4.5.3 Lực ép Kết lực ép mô thực nghiệm tương đồng, kết thực nghiệm lực ép 566 tấn, kết mô dập 577 tấn, sai lệch 1.9% thấy kết mô thực nghiệm tương đồng 4.4.6 So sánh kết mô thực nghiệm So sánh kết mô thực nghiệm dập chi tiết khớp nối thép C45 khn kín Kết cho phép kiểm chứng điều kiện mô phỏng, đánh giá yếu tố ảnh hưởng 21 nguyên nhân gây khuyết tật yếu tố ảnh hưởng đến trình điền đầy dập khối khn kín hợp lý Bảng Bảng so sánh kết mô thực nghiệm TT Dập thô Mô Phỏng Thực nghiệm Dập tinh Dòng chảy KẾT LUẬN CHƯƠNG Kết cho thấy mức độ ảnh hưởng yếu tố đến bán kính góc lượn r sản phẩm: yếu tố ảnh hưởng lớn tới mức độ điền đầy H/D (53%), tiếp đến µ (29%) yếu tố ảnh hưởng tới mức độ điền đầy góc nghiêng chày α (18%); ảnh hưởng đến lực dập tạo hình Pmax, yếu tố ảnh hưởng lớn H/D (60%) tiếp đến µ (21%) yếu tố ảnh hưởng tới lực tạo hình α (19%) Để từ ta xác định thơng số đầu vào tối ưu để tiến hành thực nghiệm kiểm chứng là: H/D=1,6, góc nghiêng chày α=90, µ=0,3 Việc thực nghiệm kiểm chứng độ tương hợp tính xác kết mơ tiến hành thông qua thực nghiệm tiến hành dập tạo hình với trường hợp phơi có kích thước hình học H/D=1,6, góc nghiêng chày α=90, µ=0,3 Hệ thống thực nghiệm bao gồm MDTKDN, khuôn thiết bị đo, không phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu mà phù hợp với thực tế sản xuất 22 Với kết so sánh mô số thực nghiệm kích thước, hình dạng sản phẩm, dòng chảy, tổ chức kim loại lực tạo hình cho thấy độ tương hợp mơ thực nghiệm Như vậy, việc thiết lập mô số với điều kiện biên đưa hoàn toàn phù hợp với thực tế Kết mô đáng tin cậy hồn tồn áp vào sản xuất KẾT LUẬN CHUNG Thiết lập phát triển mô hình dập chi tiết xác khn kín, từ nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học phơi, góc nghiêng chày, hệ số ma sát đến bán kính góc lượn r, lực biến dạng mơ số ứng với điều kiện biên phù hợp thực tiễn nhiệt độ dập 11500C, hệ số ma sát biến dạng nóng nhiệt độ cao µ = 0,3-0,6, góc nghiêng chày α0 (từ 6-9) Dựa vào kết mô ta thấy ma sát tăng mức độ điền đầy giảm đồng thời lực dập tăng; tỉ số H/D tang, lực dập giảm, với H/D=1.6 có mức độ điền đầy tốt nhất; góc nghiêng α tăng mức độ điền đầy lực dập tăng Xây dựng mơ hình thực nghiệm với khn gồm nhiều lịng khn dập máy ép trục khuỷu 1000 có bảng hiển thị lực dập để kiểm chứng kết mô số Qua so sánh kết hình dạng sản phẩm mơ thực nghiệm có tương đồng cao (kích thước lực dập) Như vậy, mơ hình mơ với điều kiện biên xây dựng hoàn toàn tin cậy định hướng cho khảo sát nghiên cứu thực nghiệm Hệ thống thực nghiệm không phù hợp với điều kiện nghiên cứu mà cịn có khả ứng dụng thực tế sản xuất Xây dựng mối quan hệ hàm số thực nghiệm thơng số đầu vào kích thước hình học phơi, góc nghiêng chày, hệ số ma sát với thơng số đầu bán kính góc lượn r lực dập - Hàm số xác định bán kính góc lượn r: 3 H H r mm 2,3646 2,9064 0,01 0,0302 0,3944 D D 2 H H H H 0.2785 0.0904 14,9897 0,8065 D D D D H 0,0969 26.7278 1,0637. 0,7234. 19,0607 D 0,0664 23 - Hàm xác định lực dập Pmax: 3 H H Pmax (T ) 235,6504 1708,9 2,0069 37, 4482 57, 2845 D D 2 H H H H 54, 4815 195,8764 1581,1 2210, D D D D H 18,5233 2679,7 1113,3. 148,1471. 1464,1 D 13,9747 Các kết quy hoạch cho thấy mức độ ảnh hưởng thơng số hình học tới bán kính góc lượn r là: H/D chiếm 53%, µ chiếm 29% α chiếm 18%; ảnh hưởng đến lực dập tạo hình là: H/D chiếm 60%, µ chiếm 21% α chiếm 19% Các hàm số quy hoạch thực nghiệm giúp nhà thiết kế cơng nghệ nhanh chóng lựa chọn kích thước hình học phơi ban đầu, kích thước hình học khn (góc nghiêng chày α), ma sát để lựa chọn thông số phù hợp cho q trình dập Đã tính tốn lựa chọn thơng số hình học phơi, bước tạo hình sơ bộ, thiết kế khuôn phù hợp, điều kiện ma sát xác định để dập chi tiết khớp nối minh chứng hiệu công nghệ dập khối khn kín thực tế thử nghiệm nhà máy tiết kiệm vật liệu, thời gian gia công cơ, thời gian nung phơi lực tạo hình Các kết nghiên cứu có giá trị tham khảo tốt dập chi tiết tròn xoay dạng bậc khn kín Và kết nghiên cứu làm tài liệu có giá trị giảng dạy, đào tạo khối ngành gia công áp lực Hướng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ biến dạng đến khả khả điền đầy dập khối khn kín - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dập khối khn kín - Nghiên cứu kim loại khác 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Quang Thắng, Phạm Văn Nghệ, Lê Trung Kiên: Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến khả tạo hình xác chi tiết dập khối Hội nghị KHCN Tồn quốc Cơ khí - Động lực 2017, Ngày 14, tháng 10, 2017 Phạm Văn Nghệ, Hoàng Minh Tuấn, Nguyễn Quang Thắng: Nghiên cứu công nghệ dập bán tinh bánh côn xoắn vi sai xe tải Hội nghị KHCN Toàn quốc Cơ khí - Động lực 2017, Ngày 14, tháng 10, 2017 Phan Thị Hà Linh, Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn Quang Thắng, Trần Anh Sơn, Bùi Khắc Khánh: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số H/D S/D đến lực chồn mức độ biến dạng chồn cục từ phơi ống Tạp chí khí Việt Nam, số 1+2/ tháng 02 năm 2020, ISSN: 0866 – 7056 Tr 79-83 Le Trung Kien, Nguyen Quang Thang: Experimental and FEM simulation analysis of closed-die forging process on Companion Flange in the driving Automotive system Internatonal journal of mechanical and production engineering research and development (IJMPERD); ISSN (Online): 2249-8001; ISSN (Print): 2249-6890; Vol - 10, Issue - 3; Edition: JUN2020 Nguyen Quang Thang, Le Trung Kien, Dinh Van Duy, Phan Thi Ha Linh: Research of net shape forging process of flange companion in closed-die using numerical simulation VietNam Mechanical Engineering Journal, number 10 of the year 2020, ISSN: 2615 – 9910 P 79-83 ... độ xác cho chi tiết; + Ứng dụng phần mềm mô số Deform3D để nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ hình học đến độ xác chi tiết dập khối khn kín - Phạm vi nghiên cứu: + Miền giá trị thơng số hình. .. kiệm đến từ 30 - 75% nguyên vật liệu Hình Các yếu tố cơng nghệ dập khn kín Các khía cạnh nghiên cứu công nghệ dập khối khuôn kín kể đến (hình 1.2): thơng số cơng nghệ q trình dập; thơng số hình học. .. cơng nghệ dập khối khn kín Chương Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến độ xác chi tiết khớp nối dập khn kín mơ số Chương Thực nghiệm kiểm chứng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI TRONG KHN KÍN
Ngày đăng: 24/05/2021, 16:12
Xem thêm: