(Đề tài NCKH) thiết kế, phân tích và chế tạo bộ khuôn dập phức hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO BỘ KHUÔN DẬP PHỨC HỢP MÃ SỐ: T2014-75 SKC005600 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO BỘ KHN DẬP PHỨC HỢP Mã số: T2014-75 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Trần Mai Văn TP HCM, 11/2014 NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TT 01 ngo Khoa Cơ khí - MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước Tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phần 1: Cơ Sở Lý Thuyết Tổng quan công nghệ dập 1.1 Khái niệm dập 1.2 Kim loại 1.3 Phân loại nguyên công dập Tính tốn thiết kế khuôn dập 2.1 Yêu cầu chung việc thiết kế chế tạo khuôn dập 2.2 Phân loại khuôn 2.3 Cấu trúc loại khuôn dập theo tiêu chuẩn Misumi 2.4 Vật liệu làm khuôn 2.5 Độ bền chi tiết làm việc khuôn 2.6 Nguyên tắc thiết kế vẽ lắp khuôn Nguyên công dập cắt – đột lỗ 3.1 Kích thước làm việc chày cối 3.2 Lực cắt hình đột lỗ 3.3 Khe hở chày cối Lý thuyết CAE mô Giới thiệu phần mềm eta/Dynaform 5.6 Phần 2: Thiết kế gia công khuôn sản phẩm tay nắm cửa dành cho văn phòng Giới thiệu sản phẩm tay nắm cửa dành cho văn phòng II Kết mô Đánh giá sản phẩm sau gia công 8.1Độ đồng sản phẩm hoàn chỉnh 8.2Các dạng sai hỏng sản phẩm Kết luận hướng phát triển 9.1Kết luận: 9.2Giới hạn định hướng: TÀI LIỆU THAM KHẢO III ĐH SPKT TP HCM Đơn vị: CKM THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ, PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO BỘ KHUÔN DẬP PHỨC HỢP - Mã số: T2014-75 - Chủ nhiệm: ThS Trần Mai Văn - Cơ quan chủ trì: Khoa Cơ Khí Chế tạo máy - Thời gian thực hiện: 01/2014 đến 12/2014 Mục tiêu: - Nghiên cứu trình biến dạng dẻo kim loại - Gia cơng lắp ráp hồn chỉnh khn - Dập sản phẩm Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: Bộ khn hồn chỉnh Sản phẩm: Bộ khn hồn chỉnh Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Làm tài liệu tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành khí chế tạo máy, cơng nghệ tự động Ngày Trưởng Đơn vị (ký, họ tên, đóng dấu) IV tháng năm Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: DESIGN, ANALYSIS AND MANUFACTURE A COMPLEX DIE Code number: T2014-75 Coordinator: Mai-van, Tran Implementing institution: faculty of Mechanical Engineering Duration: from January, 2014 to December, 2014 Objective(s): Research on metal plasticity and formability of material Manufacture and assembly a set of complex die Do experiment Creativeness and innovativeness: Research results: A fully set of complex die Products: A fully set of complex die Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Be the documentation for students in some areas such as mechanical engineering and automation technology V PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước  Ngoài nước Với lĩnh vực dập định hình phức tạp, giới có nhiều dụng cụ máy móc để thực vấn đề …, nhiên loại máy khn thường có giá thành cao  Trong nước Bước đầu tiếp cận công nghệ phân tích tính tốn tạo hình kim loại phương pháp mơ số Tính cấp thiết Trong năm gần đây, sản phẩm dập ngày chứng tỏ ưu tính đa dạng Từ sản phẩm nhỏ như: Vỏ đồng hồ, bánh xe tự lựa, vòng bi…cho tới chi tiết lớn như: vỏ tơ, xe rùa… tạo hình công nghệ dập Cùng với bùng nổ mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, đòi hỏi kỹ sư phải nắm bắt kiến thức Một u cầu phải thơng thạo phần mềm thiết kế, gia cơng khí; ngồi cịn phải nắm vững thêm phần mềm mơ – tính tốn để phân tích, đánh giá sau đưa phương án tối ưu để giải vấn đề Với phát triển phần mềm tính tốn kỹ thuật sở “phương pháp phần tử hữu hạn” phát triển phần cứng máy tính q trình gia công biến dạng kim loại hỗ trợ đầy đủ mơ phỏng, phân tích tối ưu… đó, việc ứng dụng cơng cụ phân tích CAE thiết kế giải pháp hàng đầu, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, rút ngắn thời gian giảm chi phí sản xuất Mục tiêu nghiên cứu  Gia công lắp ráp khuôn  Dập sản phẩm Cách tiếp cận  Thiết kế gia công khuôn dập phức hợp gồm nguyên công: dập vuốt – dập đột, cắt sơ cắt rìa  Dập sản phẩm hồn chỉnh  Ứng dụng phần mềm thiết kế mô biến dạng kim loại VI Phương pháp nghiên cứu:  Thu thập tài liệu công nghệ dập loại sách, internet…  Thiết kế chi tiết khn phần mềm Pro/Engineer 5.0  Phân tích, mơ phần mềm Dynaform 5.6  Tiến hành gia công thử nghiệm khuôn, dập thử Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu  Phạm vi nghiên cứu Khuôn dập sản phẩm dạng Nội dung nghiên cứu  Tìm hiểu công nghệ dập  Thiết kế chi tiết tay nắm cửa dành cho văn phòng chế tạo khn dập chi tiết  Tìm hiểu, phân tích sản phẩm phần mềm mô Dynaform 5.6  Dập sản phẩm hoàn chỉnh VII Phần 1: Cơ Sở Lý Thuyết Tổng quan công nghệ dập 1.1 Khái niệm dập Dập phần q trình cơng nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhằm làm biến dạng kim loại (hoặc băng dải) để nhận chi tiết có hình dạng kích thước cần thiết với thay đổi không đáng kể chiều dày vật liệu khơng có phế liệu dạng phoi Dập thường thực với phôi trạng thái nguội (nên gọi dập nguội) chiều dày phơi nhỏ (thường S thái nóng chiều dày vật liệu lớn 4mm) phải dập với phôi trạng Ưu điểm sản xuất dập tấm:  Có thể thực cơng việc phức tạp động tác đơn giản thiết bị khn  Có thể chế tạo chi tiết phức tạp mà phương pháp gia công kim loại khơng thể khó khăn  Độ xác chi tiết dập tương đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công  Kết cấu chi tiết dập cững vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn  Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho q trình khí hóa tự động hóa suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm  Quá trình thao tác đơn giản, khơng cần thợ bậc cao giảm chi phí đào tạo quĩ lương  Dạng sản xuất thường loạt lớn hàng khối hạ giá thành sản phẩm  Tận dụng phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao  Dập không gia công vật liệu kim loại mà cịn gia cơng vật liệu phi kim như: techtolit, heetinac loại chất dẻo khác… 1.2 Kim loại Trong ngành chế tạo máy người ta thường sử dụng nhiều loại thép cán định hình với nhiều chủng loại khác bao gồm kim loại đen kim loại màu Đặc trưng kim loại cán tiêu chuẩn hóa điều kiện kỹ thuật, thành phần hóa học chủng loại Chúng thường sản xuất dạng tấm, băng cuộn Tùy theo phương thức sản xuất, kim loại kim loại cán nguội cán nóng  Thép cán nguội (có chiều dày 4mm) có độ nhẵn bề mặt cao so với thép cán nóng, đồng chiều dày tính chất cơng nghệ cao Vì Kết khảo sát chiều dày phơi 1.2 mm Phơi có chiều dày 1.2 mm, kết mô vùng biến không đều, xuất vùng nhăn ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm dập, khơng định hình sản phẩm Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm Kết khảo sát chiều dày phôi 1.5 mm Với chiều dày phôi 1.5 mm, kết sản phẩm thu bề mặt biến dạng không tốt, không xuất vùng vật liệu nhăn nhiều, khơng định hình sản phẩm Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm 51 Sau trình khảo sát với giá trị phơi có chiều dày khác ta rút số biểu đồ lực dập biểu đồ lực chặn phôi ứng với chiều dày phôi khác 120000 100000 LỰC DẬP (N) 80000 60000 40000 20000 -20000 -40000 NC1 - T=0.5 - DIE NC1 - T=0.8 - BINDER Hình 9.6: Biểu đồ khảo sát lực dập thay đổi chiều dày phơi Với khoảng chiều dày T=0.5÷1 mm, q trình mơ cho sản phẩm dập có biến dạng tốt, khơng xuất vùng có nguy rách nhăn nhiều, với chiều dày phôi T=0.5 mm lực dập khơng lớn (khoảng 6.5 tấn), đồng thời lực dập ổn định Do ta chọn chiều dày phôi 0.5 mm để tiến hành gia công sản phẩm Hơn xét tính kinh tế phơi mỏng giá trị kinh tế cao nên việc lựa chọn chiều dày phôi 0.5 mm phù hợp d Khảo sát tốc độ dập Sau số kết thu sau trình khảo sát ảnh hưởng tốc độ dập tới trình dập, với thông số dập sau: chiều dày phôi mm, khe hở chày cối 1.225 mm, lực chặn phôi 30000 N STT Kết khảo sát với thông số: vận tốc chặn phôi (Closing) V=15mm/s, vận tốc dập vuốt (Drawing) V=30mm/s Với thông số dập trên, kết mô cho sản phẩm dập tương đối tốt, không xuất vùng có nguy nhăn rách nhiều ảnh hưởng tới chất lượng dập Phần vành giảm diện tích vùng tăng chiều dày vật liệu Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm Kết khảo sát với thông số: vận tốc chặn phôi (Closing) V=15mm/s, vận tốc dập vuốt (Drawing) V=20mm/s Kết mô với thơng số cho sản phẩm có vùng biến dạng tốt, phần vành ngồi diện tích vùng vật liệu chịu nén tăng lên Nguyên nhân tốc độ vuốt chưa đạt yêu cầu 53 Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm Kết khảo sát với thông số: vận tốc chặn phôi (Closing) V=10mm/s, vận tốc dập vuốt (Drawing) V=15mm/s Với thơng số dập trên, q trinh phân tích cho sản phẩm có biến dạng tốt, phần trụ có biến dạng đều, khơng xuất vùng biến mỏng vật liệu nhiều hay có nguy rách Phần vành phẳng, vùng nhăn xuất rìa ngồi phơi Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm 54 Kết khảo sát với thông số: vận tốc chặn phôi (Closing) V=10mm/s, vận tốc dập vuốt (Drawing) V=25mm/s Q trình mơ với thông số dập cho kết sản phẩm biến dạng đồng đều, không xuất vùng nhăn rách vật liệu Biểu đồ FLD biến dạng sản phẩm Sau khảo sát ảnh hưởng tốc độ chặn phôi tốc độ dập tới trình dập, ta rút biểu đồ lực dập hình dưới, ứng với thơng số tốc độ chặn phôi tốc độ dập LỰC DẬP (N) khác ta có biểu đồ lực chặn phôi biểu đồ lực dập tương ứng - - - Hình 7.7: Biểu đồ khảo sát lực dập thay đổi tốc độ dập 55 - Tốc độ dịch cối tăng làm cho lực dập tăng, thời gian dập giảm xuống Khi tốc độ tăng đến giá trị làm cho sản phẩm dập bị ô van cong vênh - Tốc độ di chuyển cối q trình chặn phơi nên nằm khoảng 10÷30 (mm/s) tốc độ cối q trình dập vuốt nằm khoảng 10÷20 mm/s để đảm bảo chi tiết bị cong vênh, đồng thời lực dập có xu hướng ổn định - Với giá trị tốc độ chọn từ 10÷20 mm/s lực dập vuốt chi tiết nhỏ đáp ứng máy dập Sau q trình mơ khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng tới trình dập chi tiết, ta khái quát thông số q trình dập vuốt ngun cơng sau: Thơng số dập Chiều dày phôi [mm] Khe hở bên chày cối [mm] Lực chặn phôi [N] Tốc độ cối chặn phôi [mm/s] Tốc độ cối dập vuốt [mm/s] Chi tiết sản phẩm nguyên công dụng để đột lỗ nguyên công Tối ưu thông số trình dập: Dựa vào kết thu từ q trình tính tốn thiết kế khn, mơ khảo sát thơng số ảnh hưởng tới q trình dập, ta rút thông số tối ưu cho nguyên công dập sau: Thông số dập Chiều dày phôi [mm] Khe hở bên chày cối [mm] Lực chặn phôi [N] Lực dập [N] Tốc độ cối chặn phôi [mm/s] Tốc độ cối dập vuốt [mm/s] 56 Sau mô phỏng, chi tiết khuôn gia cơng lắp ráp Kết q trình trình bày hình 7.8 Hình 7.8: Bộ khn hoàn chỉnh 57 Đánh giá sản phẩm sau gia cơng 8.1 Độ đồng sản phẩm hồn chỉnh Sử dụng dụng cụ đo Dưỡng đo cung tròn, bán kính Phạm vi đo từ 1-7mm, vạch chia 0.5 mm Hình 8.1: Dưỡng đo cung trịn, bán kính Bảng 8.1 : Bảng so sánh bán kính cung elip hai nửa sản phẩm Sản phẩm Bán kí Mặt trư 1 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 10 Có thể thấy bán kính cung elip mặt sau nằm khoảng từ 1.5 -2mm, mặt trước bán kính cung elip từ 1-1.5mm Nhưng phần elip bên trái có bán kính thay đổi ổn định bên phải, điều máy phần việc gá phôi người công nhân chưa tốt 58 8.2 Các dạng sai hỏng sản phẩm Các dạng sai hỏng sản phẩm sau dập thử là: Hình 8.2: Sản phẩm bị cong vênh Hình 8.3: Sản phẩm bị rách bán kính cung elip dập không đứt vật liệu Nguyên nhân: Sản phẩm bị cong vênh chỉnh lực dập chưa đúng, khuôn chưa khớp với gia công khơng xác Sản phẩm bị rách bán kính cung elip dập không đứt vật liệu lực dập chưa đúng, bán kính cung elip nhỏ ứng suất tập trung lớn bán kính cung elip dẫn đến rách Cách khắc phục: Điều chỉnh lại lực dập cho phù hợp Mài lại bán kính cung elip cho khơng cịn bị rách (như ta nên mài bán kính mặt sau vào khoảng 1.75mm, mặt trước khoảng 1.2mm đạt dược yêu cầu) 59 Cách tạo khe hở để bảng tên: Hình 8.4: Khe hở để bảng tên Bảng 8.3: Bảng khảo sát biến mỏng sản phẩm sau dập Số thứ tự Thông thường để tạo khe hở thường làm cho bên cạnh phần lồi hình chữ nhật cao phần lại 0.5 mm để tạo khoảng cách tập trung ứng suất cao phần cịn lại tạo khe hở để bỏ bảng tên vào Còn muốn tạo khe hở thơng qua tính tốn lực dập phức tạp Còn lỗ tròn nhỏ sản phẩm khn khơng có để khơng làm phức tạp thêm khuôn Mà tạo cách khoan hay sử dụng khuôn chuyên dùng cho đột lỗ Xong lỗ đột nhỏ sản phẩm mỏng nên lỗ đột không ảnh hưởng nhiều đến sản phẩm 60 Kết luận hướng phát triển 9.1 Kết luận: Sau trình tìm hiểu cơng nghệ dập tấm, thiết kế khuôn dập, ứng dụng phần mềm CAE Eta/Dynaform 5.6 vào q trình mơ dập chế tạo khn, kết luận đạt rút sau:  Hiểu sở lý thuyết công nghệ dập  Tính tốn thiết kế hồn chỉnh thành phần khuôn dập phức hợp tay nắm cửa  Phân tích q trình dập vuốt dập cắt phần mềm mơ phỏng, so sánh với kết tính tốn tìm thơng số tối ưu cho q trình dập  Ứng dụng tính tốn mơ CAE công nghệ dập định hướng quan trọng ứng dụng công việc thiết kế chế tạo khn Mơ giúp cho việc đốn nhanh hư hỏng xảy đồng thời kiểm tra tối ưu thơng số tính tốn phần thiết kế Tiết kiệm thời gian rủi ro cho trình chế tạo 9.2 Giới hạn định hướng: Đề tài sử dụng phần mềm Dynaform để mơ q trình dập vuốt Chưa thực mơ q trình đột lỗ chi tiết Do đó, cần phát triển thêm mô đánh giá mức độ đàn hồi vật liệu sau trình vuốt đột lỗ, nâng cao suất, chất lượng sản phẩm dập 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V.L Martrenco, L.I Rudman Dịch giả: Võ Trần Khúc Nhã Sổ tay thiết kế khn dập NXB Hải Phịng Tháng 03-2005 [2] Nguyễn Mậu Đằng Cơng nghệ tạo hình kim loại NXB Khoa học Kỹ thuật Năm 2005 [3] Nguyễn Giảng, Lê Nhương Sổ tay dập nguội Tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội-1972 [4] Nguyễn Giảng, Lê Nhương Sổ tay dập nguội Tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội-1972 [5] Lê Nhương Kỹ thuật dập nguội NXB công nhân kỹ thuật Hà Nội – 1981 [6] Lý thuyết khuôn – Phạm Đăng Minh sưu tầm [7] Atlat khn [8] PGS TS Hồng Tùng, Giáo trình vật liệu cơng nghệ khí NXB Giáo Dục, 2004 [9] Mc Graw – hill Handbook of die design [10] Phụ lục tiêu chuẩn Việt Nam 2008 [11] Phụ lục tiêu chuẩn Việt Nam 8301/2009 TRANG WEB [12] http://www.meslab.org/mes/threads/20337-Forming-Limit-Diagram-Bieu-do-gioi-han- bien-dang.html [13] http://tinchuan8668.vn/vi/shops/Chay-dot-dap-Thang/SPC-SHC-PHC-L-SPC-L-SHC- L-PHC-299.html [14] http://in.misumi-ec.com/contents/tech/press/2.html [15] http://www.steelss.com/Carbon-steel/s50c.html [16] http://tinchuan8668.vn/vi/shops/Truc-dan-huong-co-vai-Stripper/SGOH-451.html [17] http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=tool_steel_d2 62 ... vật liệu Uốn Dập vuốt Tạo hình Lắp ghép Dập ép Tính tốn thiết kế khuôn dập 2.1 Yêu cầu chung việc thiết kế chế tạo khuôn dập Khuôn dập chế tạo đưa vào sử dụng trước hết phải đảm bảo tạo chi tiết...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO BỘ KHN DẬP PHỨC HỢP Mã số: T2014-75... TÀI LIỆU THAM KHẢO III ĐH SPKT TP HCM Đơn vị: CKM THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ, PHÂN TÍCH VÀ CHẾ TẠO BỘ KHUÔN DẬP PHỨC HỢP - Mã số: