(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thông số hình học của hệ thống khuôn ảnh hưởng đến chất lượng lỗ đột

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI ANH NHƠN NGHIÊN CỨU THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA HỆ THỐNG KHUÔN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG LỖ ĐỘT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI ANH NHƠN NGHIÊN CỨU THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA HỆ THỐNG KHN ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỖ ĐỘT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI ANH NHƠN NGHIÊN CỨU THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA HỆ THỐNG KHUÔN ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỖ ĐỘT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Bùi Anh NhơnGiới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06-05-1983Nơi sinh: Quảng Nam Quê quán: Quảng NamDân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 55, Huỳnh Tấn Phát, Đơng Hịa, Dĩ An, Bình Dƣơng Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng:0902950724 Fax: (84) 838971298E-mail:nhon.bui@schindler.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : đến Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 7/2011 đến 3/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố):Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Ngành học: Kỹ Thuật cơng nghệ khí III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2007-2009 Công ty TNHH Nidec Sankyo VN Quản lý sản xuất 2009-2017 Công ty TNHH Schindler VN Quản lý sản xuất Trang i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trang ii MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH HÌNH ix DANH SÁCH BẢNG xii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung gia công áp lực 1.1.1 Công nghệ dập 1.1.2 Công nghệ dập tạo hình khối .4 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Ngoài nƣớc 1.2.2 Trong nƣớc 1.3 Tính cấp thiết đề tài 10 1.4 Mục tiêu nghiên cứu nội dung nghiên cứu 10 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu .10 1.4.2 Nội dung nghiên cứu 10 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 11 1.6 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu sản phẩm 11 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 11 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại 12 Trang v 2.1.1 Biến dạng dẻo 13 2.1.2 Biến dạng phá hủy 19 2.1.3 Biến dạng dẻo đa tinh thể 19 2.1.4 Ứng suất 20 2.1.5 Điều kiện dẻo trình biến dạng dẻo 22 2.1.6 Tính dẻo vật liệu trở lực biến dạng .22 2.1.7 Ma sát tiếp xúc 23 2.2 Cơ sở lý thuyết công nghệ dập 24 2.2.1 Khái niệm 24 2.2.2 Phân loại 25 2.2.3 Cấu tạo khuôn dập 31 2.2.4 Nguyên lí 31 2.2.5 Các dạng khuyết tật nguyên công dập .33 2.2.6 Các thông số ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm dập 33 2.3 Cơ sở lý thuyết mô 35 2.3.1 Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn 35 2.3.2 Các bƣớc tồn mơ 36 2.3.4 Mơ hình học .37 2.3.5 Mơ hình vật liệu .38 2.3.6 Chia lƣới 38 2.3.7 Đặt điều kiện biên (nhiệt độ, ma sát, tiếp xúc) 38 2.3.8 Giải toán .39 2.3.9 Đo kết 40 2.4 Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 40 2.4.1 Quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố 40 2.4.2 Quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố 42 Chƣơng TÍNH TỐN, THIẾT KẾ KHUÔN DẬP LỖ 45 Trang vi 3.1 Phân tích sản phẩm 45 3.2 Cấu trúc vật liệu sản phẩm 46 3.3 Tính tốn cơng nghệ cho ngun cơng dập lỗ 47 3.3.1 Xác định kích thƣớc hình dạng lỗ cho ngun cơng dập .47 3.3.2 Tính lực dập lực chặn phơi 48 3.3.3 Thông số khuôn chày 49 Chƣơng ẢNH HƢỞNG THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA KHN ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỖ ĐỘT .50 4.1 Thực nghiệm đơn yếu tố 51 4.1.1 Phân tích ảnh hƣởng G sinh 𝒉𝒄 51 4.1.2 Phân tích ảnh hƣởng H sinh 𝒉𝒄 54 4.1.3 Phân tích ảnh hƣởng ∝ 𝐬 sinh 𝒉𝒄 .57 4.2 Thực nghiệm đa yếu tố 60 4.2.1 Tối ƣu hóa hàm mục tiêu 68 4.2.2 Đối chiếu thực nghiệm mô .68 4.2.3 Đối chiếu trƣớc thực nghiệm sau thực nghiệm 70 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết Luận: 72 Kiến Nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Trang vii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung gia công áp lực Các nƣớc phát triển giới có công nghiệp phát triển đại diện cho cơng nghiệp phƣơng pháp chế tạo áp lực nồng cốt để phát triển, nhóm nhƣ cán, kéo,ép, rèn tự do, dập thể tích dập [1] Cán biến dạng kim loại trục khuỷa quay,phôi bị biến dạng di chuyển nhờ cấu chuyển động quay liên tục trục cán ma sát trục cán với phôi.Hầu hết sản phẩm kim loại thị trƣờng làm từ phƣơng pháp cán.Kéo q trình phơi kim loại bị kéo qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang phôi thay đổi giảm dần chiều dài phơi tăng lên, hình dáng kích thƣớc tiết diện ngang giống với hình dáng lỗ khn kéo.Ép phƣơng pháp dùng chày để ép kim loại đƣợc nung nóng đƣa vào buồng ép khn, có hình dáng kích thƣớc sản phẩm cần chế tạo.Rèn tự phƣơng pháp chế tạo chi tiết có hình dạng, kích thƣớc độ xác theo yêu cầu định trƣớc nhờ biến dạng tự hƣớng.Dập thể tích phƣơng pháp thực biến dạng lịng khn dập có kích thƣớc, hình dạng sản phẩm cần chế tạo, dập thể tích thƣờng tiến hành trạng thái nóng, dùng sản xuất hàng loạt khối.Dập phƣơng pháp chế tạo chi tiết phôi dạng thƣờng dập trạng thái nguội Nhu cầu đòi hỏi phát triển ngành công nghiêp, nông nghiệp, công nghệ thông tin, đặc biệt sản phẩm đáp ứng thỏa mãn nhu cầu hàng ngày ngƣời nhƣ sản phẩm điện tử,máy tính, điện thoại, tủ lạnh hay muỗng nĩa, xe máy, cơng nghệ gia cơng áp lực đóng góp vai trị lớn hữu dụng thiết thực cho vấn đề Ngày vật liệu đƣợc hình thành nhƣ có tính đàn hồi cao, chi tiết kết cấu phức tạp phát triển thêm tối ƣu hóa cơng nghệ gia cơng áp lực nhƣ công nghệ dập vật liệu đàn hồi, dập thủy tĩnh, xung điện Bên cạnh nhu cầu ngƣời đƣợc đáp ứng cạnh tranh gay gắt thị trƣờng vấn đề chi phí đem lại giá trị cho ngƣời sử dụng quan Trang trọng đòi hỏi nhà đầu tƣ giảm thiểu rủi ro, chi phí sản xuất phát triển sở hạ tầng công nghệ thông tin phần mềm đóng góp vai trị cốt lõi cho ngành công nghệ gia công áp lực Nhà sản xuất biết sản phẩm làm đƣợc hay khơng, khó khăn gặp phải phƣơng tiện kết nối chia ngƣời tiêu dùng huấn luyện lẫn ứng dụng phần mềm đời nhƣ cơng cụ phân tích CAE với phần mềm mơ phân tích nhƣ Deform 2,3D, Ansys, Abaqus, Autoform, Dynaform, Matlab,Pam Stamp Nhằm tìm hạn chế tối ƣu để sử dụng,ngồi cịn tích hợp hệ thống sản xuất đám mây (Cloud manufacturing system ) để liên kết khách hàng điều khiển từ xa, giảm thời gian thử nghiệm, giảm chi phí thực nghiệm ngăn ngừa rủi ro tƣơng lai 1.1.1 Công nghệ dập Công nghệ dập phƣơng pháp tiên tiến gia công áp lực để chế tạo chi tiết từ vật liệu thép cuộn thép thực trạng thái nóng nguội hầu hết công nghệ dập nguội nhiều nhất[1] Hiện công nghệ dập đƣợc chia thành nhóm dập cắt vật liệu, dập thay đổi hình dáng phơi, dập liên hợp Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ dập Dập cắt vật liệu tạo hình chi tiết, ngun cơng nhóm thƣờng phải tiến hành biến dạng phá hủy vật liệu tức phần vật liệu khỏi phần vật liệu khác Trang 𝑥 Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Bảng 4.15: Ma trận tính hệ số 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 0.615 -0.615 -0.615 -0.615 0.998 0.998 -0.998 -0.998 0.624 -0.624 0.624 -0.624 1.007 1.007 1.007 -1.007 0.665 -0.665 -0.665 0.665 1.048 1.048 -1.048 1.048 0.674 -0.674 0.674 0.674 1.090 1.090 1.090 1.090 0.301 0 0.312 0 0.322 0 0.312 0 1.417 2.004 0 0.739 -1.045 0 0.490 0.693 0.440 -0.622 0.503 0 0.711 0.450 0 -0.636 12.007 2.52384 0.13971 0.30795 𝑦 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 0.615 -0.998 -0.624 1.007 0.665 -1.048 -0.674 1.090 0 0 0 0 0 0.033 0.615 -0.998 0.624 -1.007 -0.665 1.048 -0.674 1.090 0 0 0 0 0 0.033 𝑥ụ 𝑦 𝑥ụ 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 0.615 0.998 -0.624 -1.007 -0.665 -1.048 0.674 1.090 0 0 0 0 0 0.033 𝑥 𝑥 𝑥 -0.615 0.205 0.205 0.205 0.998 0.333 0.333 0.333 0.624 0.208 0.208 0.208 -1.007 0.336 0.336 0.336 0.665 0.222 0.222 0.222 -1.048 0.349 0.349 0.349 -0.674 0.225 0.225 0.225 1.090 0.363 0.363 0.363 -0.201 -0.201 -0.201 -0.208 -0.208 -0.208 -0.215 -0.215 -0.215 -0.208 -0.208 -0.208 1.889 -0.945 -0.945 0.985 -0.493 -0.493 -0.327 0.653 -0.327 -0.293 0.587 -0.293 -0.335 -0.335 0.671 -0.300 -0.300 0.600 0.033 3.02833 0.57633 0.62233 𝑦 𝑥 Clerance 0.615 0.998 0.624 1.007 0.665 1.048 0.674 1.090 0.301 0.312 0.322 0.312 1.417 0.739 0.490 0.440 0.503 0.450 𝑦 ∝ ∝ 𝑁 b0 = bj = b3 = bij = N N i=1 yi N u =1 𝑥 ụj y u N 𝑥2 u =i uj 0.30795 12 = = 18 (0.615+0.998 + … + 0.53+0.45) = 0.66706 N u =1 𝑥 ụj y u 2k +2.∝2 = N u =1 𝑥 ụj y u +2.1,414 (4.23) (4.24) b1 = 2.52384 b2 = 0.13971 = 0.21032 12 12 = 0.01164 = 0.02566 N (𝑥 x ).y u u =1 ụj uj N (𝑥 x )2 u =i ui uj = N (𝑥 𝑥 ).y u u =1 ụj uj k = b12 = N u =1 𝑥 ụj y u 23 0.033 (4.25) = 0.00413 0.033 = 0.00413 0.033 b23 = = 0.00413 0.033 b123 = = 0.00413 b13 = Trang 62 ′ N u =1 𝑥 ui y u N (𝑥 ′ )2 u =i ụj bjj = ′ N u =1 𝑥 ui y u 2∝4 = = ′ N u =1 𝑥 ui y u 2.1.414 (4.26) 3.0283 = 0.37854 7.99 0.57633 = = 0.07204 7.99 b11 = b22 b33 = 0.62233 7.99 =0.07779 Vậy có phƣơng trình hồi quy hàm mục tiêu nhƣ sau: Y1 = 0.66706 + 0.21032 𝑥1 + 0.01164.𝑥2 + 0.02566.𝑥3 + 0.00413 𝑥1 𝑥2 + 0.00413.𝑥1 𝑥3 + 0.00413.𝑥2 𝑥3 + 0.00413.𝑥1 𝑥3 𝑥3 + 0.37854.𝑥1′ +0.07204.𝑥2′ + 0.07779.𝑥3′ (4.27) Để xác đinh phƣơng sai tái làm thí nghiệm lặp tâm phƣơng án Kết sau mơ Bảng 4.16: Thí nghiệm tâm phƣơng án Phƣơng sai tái sinh tâm đƣợc xác định nhƣ sau: Sth = (y −y )2 u u =1 u n −1 = 0.00022075 4−1 = 0.0000736 (4.28) ∗Kiểm định ý nghĩa hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student: bj tj = (4.29) s bj Trong đó: sbj phƣơng sai hệ số bj Sb0 = t b0 = Sbj = S 2th N b0 Sb = S 2th = 0.00000409 => 𝑆b0 = 0.002022 (4.30) 0.66706 0.002022 = N U =1 𝑥 uj = 329.9 S 2th 2k +2∝2 = (4.31) 0.0000736 12 = 0.0000061 => Sbj =0.002476 (4.32) Trang 63 b1 t b1 = Sbj t b2 = Sbj t b3 = Sbj b2 b3 = = = 0.21032 0.002476 0.01164 0.002476 0.02566 0.002476 S 2th Sbij = = 84.9 (4.33) = 4.7 (4.34) = 10.4 (4.35) = N (𝑥 𝑥 ) U =1 ui uj b12 t b12 = Sbij t b13 = Sbij t b23 = Sbij b13 b23 t b123 = Sbjj = = = = b123 Sbij 0.00413 0.003033 0.00413 0.003033 0.00413 0.003033 = S 2th b11 Sbjj t b22 = Sbjj t b33 = Sbjj b22 b33 = = = 0.37854 0.012131 0.07204 0.012131 0.07779 0.012131 0.0000736 =0.0000092 =>Sbij =0.003033 (4.36) = 1.36 (4.37) = 1.36 (4.38) = 1.36 (4.39) 0.00413 = = 2k 0.003033 N (𝑥 ′ )2 U =1 ui t b11 = S 2th = 1.36 S 2th 2.∝4 = (4.40) 0.0000736 7.99 = 0.0001472 => Sbjj =0.012131 (4.41) = 31.2 (4.42) = 5.9 (4.43) = 6.4 (4.44) Tra bảng chuẩn Student chọn mức ý nghĩa ρ=0.05 đƣợc t ρ f = t 0.05 = 3.18, bậc tự n0 = − = nên chọn f=3 Vì giá trị t b12 , t b13 , t b23 , t b123 < 3.18 nên hệ số bị loại Có hệ số cịn lại phƣơng trình hồi quy nhƣ sau: y= 0.66706 + 0.21032 𝑥1 + 0.01164.𝑥2 + 0.02566.𝑥3 + 0.37854.𝑥1′ +0.07204.𝑥2′ + 0.07779.𝑥3′ (4.45) Thế vào: 𝑥1′ =𝑥12 - 0.67, 𝑥2′ =𝑥22 - 0.67, 𝑥3′ =𝑥32 - 0.67 y = 0.301304 + 0.21032.𝑥1 + 0.001164.𝑥2 + 0.02566𝑥3 + 0.37854.𝑥12 + 0.007204.𝑥22 + 0.007779.𝑥32 (4.46) ∗Kiểm định tƣơng thích phƣơng trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher: Trang 64 𝑥 Stt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Bảng 4.17: Tính tốn phương trình hồi quy 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 -0.210 0.210 -0.210 0.210 -0.210 0.210 -0.210 0.210 0 0 0.29744 -0.2974 0 0 -0.012 -0.012 0.012 0.012 -0.012 -0.012 0.012 0.012 0 0 0 0.01647 -0.0165 0 𝑥 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 0 0 0 0 0 0 1.4142 0 -1.414 0 1.4142 0 -1.414 0 1.4142 0 -1.414 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 𝑥 𝑥 𝑥 𝑥 -0.026 0.379 0.072 0.078 -0.026 0.379 0.072 0.078 -0.026 0.379 0.072 0.078 -0.026 0.379 0.072 0.078 0.026 0.379 0.072 0.078 0.026 0.379 0.072 0.078 0.026 0.379 0.072 0.078 0.026 0.379 0.072 0.078 0 0 0 0 0 0 0 0 0.75708 0 0.75708 0 0 0.14408 0 0.14408 0.03629 0 0.15558 -0.0363 0 0.15558 0.615 0.998 0.624 1.007 0.665 1.048 0.674 1.090 0.301 0.312 0.322 0.312 1.417 0.739 0.490 0.440 0.503 0.450 𝑦 −𝑦 F= S 2dư S 2th Sdư = 𝑦 −𝑦 𝑦 𝑦 0.594 1.014 0.617 1.038 0.645 1.066 0.668 1.089 0.313 0.313 0.313 0.313 1.368 0.773 0.474 0.441 0.505 0.432 = 0.00045 0.00027 0.00005 0.00094 0.00040 0.00032 0.00003 0.00000 0.00015 0.00000 0.00008 0.00000 0.00244 0.00114 0.00027 0.00000 0.00000 0.00031 0.00685 2 (Sdư phương sai dư, Sth phương sai tái hiện) (4.47) N− K+1 ( N i=1 yi − yi = 18− 6+1 0.00684586=0.00062235(4.48) (K=6 phƣơng trình có (𝑥1 , 𝑥2 , 𝑥3 ,𝑥12 , 𝑥22 , 𝑥32 )) F= S 2dư S 2th = 0.00062235 0.0000736 = 8.45777 (4.49) Tra bảng phân bố Fisher với mức ý nghĩa ρ = 0.05 Các bậc tự N-(k+1)=18(6+1)=11, f0 = n0 − = − = 3.Vậy có Fp f1 f2 = F0.05 11,3 = 8.8 Có: F