Trong quá trình gia công luôn có sự tiếp xúc giữa khuôn và vật liệu xuất hiện sự
trượt tại các bề mặt tiếp xúc, tức là có ma sát tiếp xúc. Ma sát có ảnh hưởng trực tiếp
đến các thông số công nghệ của quá trình, đến chất lượng sản phẩm, tuổi thọ của dụng cụ gia công do mòn khuôn cũng như làm tiêu hao năng lượng của quá trình. Khi thiết lập mô hình tiếp xúc trong DEFORM, có thể lựa chọn mô hình tiếp xúc mặt với mặt và chỉ có bề mặt của vật liệu bị biến dạng còn bề mặt của dụng cụ gia công coi như cứng tuyệt đối .
Trong bài toán chồn phôi ống bằng biến dạng dẻo sẽ xuất hiện các cặp mặt tiếp xúc sau :
- Cặp tiếp xúc giữa mặt dưới của phôi và mặt trên khuôn dưới (hình 3.7). - Cặp tiếp xúc giữa mặt trên của phôi và mặt dưới của khuôn trên (hình 3.9).
Hình 3.5 Cặp tiếp xúc giữa khuôn và phôi
57
3.3 Khảo sát quá trình biến dạng mất ổn định gây khuyết tật "Gấp" trong bài toán chồn phôi ống
3.3.1. Mô phỏng quá trình chồn phôi ống
Khi nghiên cứu quá trình chồn phôi ống bằng biến dạng dẻo ta thấy đây là một quá trình biến dạng không ổn định. Tùy thuộc vào hình dạng phôi ống (chiều cao phôi,
đường bên ngoài của phôi, chiều dày thành phôi...), ma sát giữa phôi và khuôn, nhiệt
độ khi chồn...Tuy nhiên trong luận văn này chỉ nghiên cứu về sựảnh hưởng hình dáng của phôi đến quá trình biến dạng. Nhưđã đề cập trong các chương trước đây khi chồn chi tiết hình trụ, có hai trường hợp: Nếu chồn phôi trụđặc thì các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiện tượng mất ổn định xảy ra khi tỉ số H/D > 2.5 (tỉ số chiều cao phôi chia cho
đường kính phôi).Và trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu về sự mất ổn định khi chồn phôi trụ rỗng. Để nghiên cứu quá trình mất ổn định đó ta tiến hành mô phỏng quá trình chồn phôi ống trong các trường hợp khác nhau để tìm ra quy luật đó.
3.3.2. Tiến hành mô phỏng số
Sau khi thiết lập mô hình bài toán chồn phôi ống bằng biến dạng dẻo nhờ ứng dụng phần mềm DEFORM được thực hiện trong phần 3.2 bao gồm các bước từ xây dụng mô hình hình học, mô hình lưới phần tử, mô hình vật liệu cho đến các điều kiện biên thể hiện quá trình chồn phôi ống phù hợp với thực tế như điều kiện ma sát giữa vật liệu và dụng cụ gia công được thể hiện trong mô hình tiếp xúc hay các thông số
công nghệ của quá trình trong mô hình điều kiện biên. Quá trình tính toán đươc thực hiện trên một máy tính cá nhân có bộ vi xử lý Intel pentium 4 tốc độ 2.4 GHz và RAM 1 GB. Thời gian giải bài toán phụ thuộc rất nhiều yếu tố liên quan đến việc thiết lập bài toán, trong đó việc chia lưới phần tử cho mô hình cũng như đặt các điều kiện ràng buộc của bài toán mang tính quyết định. Nếu số lượng phần tử quá nhiều sẽđem lại độ
58
thời gian. Ngược lại, nếu mô hình hình học với ít phần tử thì quá trình tính toán sẽ rất nhanh, song kết quả tính toán lại không có độ chính xác cao. Chính vì vậy, cần thiết phải xác định số phần tử hợp lý cho mô hình. Số lượng phần tử và số nút sẽđược tối ưu bằng cách tăng dần số lượng phần tử của mô hình lên cho đến khi kết quả của bài toán hầu như không thay đổi nữa.
Khi quá trình giải bài toán bằng tính toán phần tử hữu hạn kết thúc, kết quả của bài toán được lấy ra từ mô đun “hậu xử lý - postprocessing”. Dựa trên phân tích kết quả mô phỏng cho phép khẳng định quá trình tạo hình trên thực tế có tiến hành được hay không cũng nhưđánh giá được các thông sốảnh hưởng đến quá trình chồn.
3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước phôi tới hành trình ép gây mất ổn định
Bài toán mô phỏng chồn phôi ống này khi tiến hành ta mô phỏng với các trường hợp khác nhau: trong đó ta cố định đường kính bên ngoài của phôi , chiều dày thành phôi, chiều cao của phôi thay đổi. Cụ thể là: chiều cao phôi H = 25mm, 50mm, 100mm; Đường kính ngoài phôi D = 50mm; đường kính lỗ d = 10mm, 20mm, 30mm, 40mm.
Dưới đây là mô hình 2D của bài toán chồn phôi ống với các tham số thay đổi ta phân ra thành ba trường hợp trong mỗi trường hợp lại có các trường hợp riêng.
30 H 30 Ø50 d Ø160 Ø160
59
3.3.3.1 Trường hợp 1
Ta tiến hành mô phỏng phôi với chiều cao H = 100mm, với chiều dày s thay đổi từ 5 đến 20mm.
a, với s = 20mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.7 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 79 tương ứng với chiều sâu chồn là: 59.25mm
b, với s = 15mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.8 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
60
c, với s = 10mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.9 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 60 tương ứng với chiều sâu chồn là: 44mm
d, với s = 5mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.10 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
61
3.3.3.2 Trường hợp 2
Ta tiến hành mô phỏng phôi với chiều cao H = 50mm, với chiều dày s thay đổi từ 5 đến 20mm.
a, với s = 20mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.11 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 62 tương ứng với chiều sâu chồn là: 31mm
b, với s = 15mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.12 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
62
c, với s = 10mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.13 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 46 tương ứng với chiều sâu chồn là: 23mm
d, với s = 5mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.14 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
63
3.3.3.3 Trường hợp 3
Ta tiến hành mô phỏng phôi với chiều cao H = 25mm, với chiều dày s thay đổi từ 5 đến 20mm.
a, với s = 20mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.15 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 62 tương ứng với chiều sâu chồn là: 16.24mm
b, với s = 15mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.16 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
64
c, với s = 10mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.17 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 69 tương ứng với chiều sâu chồn là: 15.24mm
d, với s = 5mm ta được kết quả như sau:
Hình 3.18 Phôi mất ổn định trong quá trình chồn
Phôi mất ổn định ở step 31 tương ứng với chiều sâu chồn là: 9mm
3.3.4. Kết quả mô phỏng
Qua các trường hợp mà khảo sát ở trên, ta rút ra được một bảng kết quả của sự
mất ổn định trong quá trình chồn phôi ống qua các mô phỏng. Để từ đó ta xây dựng
được một biểu đồ về mối quan hệ giữa sự mất ổn định khi chồn phôi ống và tỉ số s/D (tỉ
65 H/D 2 1 0.5 S=20 S=15 S=10 S=5 Hình 3.19 Bảng kết quả của quá trình chồn phôi ống
66
Hình 3.20 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều dày phôi và mất ổn định khi chiều cao phôi thay đổi
67
Hình 3.21 Đồ thị mối quan hệ giữa chiều cao phôi và mất ổn định khi chiều dày phôi thay đổi
68 Từ bảng và đồ thị ta rút ra nhận xét như sau:
- Ba đường biểu diễn sự mất ổn định trên đồ thị ta thấy đường nào càng dốc tức là
đường đó có sự mất ổn định cao nhất. Cụ thể là đường H/D = 2 là đường có sự
mất ồn định cao nhất. Điểm cao nhất sẽ là điểm ít mất ồn định nhất. Các đường còn lại là H/D = 1 và H/D = 0.5 có độ dốc bé hơn, điều đó chứng tỏ khi ta thay
đổi chiều dày s của phôi chi tiết khi chồn ít mất ổn định hơn.
- Khi xét về tỉ số giữa chiều sâu chồn khi xuất hiện hiện tượng mất ổn định và chiều cao phôi (h/H) với các phôi có cùng đường kính, trong ngoài nhưng khác nhau về chiều cao ta thấy phôi càng cao tỉ sốđó càng bé. Điều đó có nghĩa rằng phôi càng cao càng nhanh mất ổn định. Ví dụ như khi chồn phôi có chiều cao H=100mm với s = 20mm ta thấy tỉ số h/H = 59.25/100 = 59.25%. trong khi đó nếu là phôi có chiều cao H = 50mm ta thấy h/H = 31/50 = 62%. Tương tự như
vậy với phôi có H = 25 ta thấy tỉ số h/H = 16.5/25 = 66%.
Kết luận: Qua hai nhận xét trên ta thấy rằng phôi càng cao càng nhanh mất ổn định, phôi có chiều dày càng bé càng nhanh mất ổn định.
3.4. Kết luận
Qua mô phỏng chồn phôi ống đã chứng minh phương pháp chồn phôi ống nhờ
biến dạng dẻo của vật liệu là có thể thực hiện được. Tuy nhiên, để áp dụng được vào thực tế thì cần phải chú ý đến nhiều vấn đề trong đó đặc biệt là hình dáng kích thước của phôi. Từ kết quả khảo sát ta thấy nếu là phôi đặc mất ổn định tỉ sô H/S > 2.5. Còn
đối với phôi rỗng chiều dày S của thành phôi càng mỏng thì càng nhanh mất ổn định. Do vậy khi chồn phôi ống ta có thể tham khảo theo đồ thị trên.
69
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN DẬP KHỐI CHI TIẾT ỐNG NỐI VÀ BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
Dựa vào kết quả nghiên cứu chương 3, ta thấy rằng khi chồn phôi ống với chiều cao càng cao, thành càng mỏng thi chi tiết rất dễ mất ổn định. Điều đó được thể hiện trong các biểu đồ mô tả sự tương quan giữa hình dáng, kích thước của phôi với sự hình thành mất ổn định khi chồn phôi ống.
Từ những kết quả nghiên cứu được ở trong chương trước đó. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình tạo hình hai chi tiết điển hình đó là: quá trình dập tạo ra chi tiết ống nối và quá trình dập tạo hình chi tiết bánh răng côn răng thẳng. Mà trước tới nay người ta thường phải dập từ phôi đặc để tạo ra các chi tiết
đó.
Trong nghiên cứu, chúng ta sẽ tiến hành dập từ phôi ống để tạo ra hai chi tiết
đó, với cách làm này sẽ có rất nhiều các ưư điểm nổi bật như: tiết kiệm vật liệu, năng lượng biến dạng, nguyên công gia công lỗ...mà trước đây chưa làm được. Như
ta đã biết bất cứ một bài toán cơ học nào cũng có những điều kiện rằng buộc riêng cho bài toán đó phù hợp với điều kiện tạo hình cụ thể. Khi tiến hành triển khai mô phỏng số một quá trình tạo hình vật liệu phải gắn với những điều kiện hình học,
điều kiện ứng xử của vật liệu và các điều kiện biên tương ứng với quá trình đó. Với mỗi trường hợp cụ thể, độ chính xác của kết quả tính toán phụ thuộc vào việc thiết lập mô hình hình học hợp lý, chia lưới phần tửđể áp dụng phương pháp pháp tính toán phần tử hữu hạn nhằm mô phỏng số bài toán tạo hình tức là thực hiện tính toán trong vùng biến dạng thoả mãn trường phương trình cơ bản của quá trình tạo hình và trên biên phải thoả mãn các điều kiện biên. Và để thấy rõ điều đó chúng ta sẽ
70
4.1. Mô hình hóa quá trình dập chi tiết ống nối 4.1.1 Mô hình hình học 4.1.1 Mô hình hình học
Mô hình hình học bao gồm dụng cụ gia công và phôi được xây dựng dựa trên yêu cầu chính xác về hình dạng và kích thước của sản phẩm. Trong quá trình biến dạng dẻo, tham gia vào quá trình gồm có dụng cụ gia công (gồm khuôn trên, khuôn dưới) và vật liệu phôi dạng ống. Chính vì vậy, ta phải xây dựng được mô hình hình học khuôn trên, khuôn dưới và phôi đúng theo thực tế của bài toán.
Hình 4.1 thể hiện mô hình hình học 3D của bài toán chồn phôi ống. Mô hình hình học có thể được xây dựng và tính toán trong hệ toạ độ trụ do tính đối xứng trục. Nhưng để thuận tiện cho việc thiết kế hình học trong DEFORM, ta lựa chọn luôn hệ toạ độ mặc định của phần mềm có nghĩa là hệ toạ độ đề các. Do tính đối xứng của mô hình hình học nên chỉ xây dựng 1/2 mô hình nhằm thuận tiện cho việc thiết kế cũng như giảm thời gian tính toán phần tử hữu hạn.
Các thông số kích thước cơ bản của mô hình: • Đường kính buồng ép ∅ =50 mm • Lỗ cối ∅50, trục tâm ∅14
• Phôi có đường kính ban đầu ∅ = 50 mm, • chiều dài phôi L = 53 mm, dày 18mm.
71
Hình 4.1 Mô hình 3D của mô hình hình học
4.1.2 Mô hình lưới phần tử
Hình 4.2 Mô hình lưới của bài toán
Khuôn trên Khuôn giữa Khuôn dưới Chi tiết
72
4.1.3 Kết quả mô phỏng số quá trình chồn phôi ống ở trạng thái nguội với phần mềm DEFORM phần mềm DEFORM
Dưới đây trình bày kết quả mô phỏng số quá trình chồn phôi ống vật liệu thép C45. Theo như kết quả ta nghiên cứu được từ chương 3 ta thấy với chiều dày phôi là 20mm, đường kính của phôi là 50mm, chiều cao phôi là 53mm từđó ta có tỉ
số S/D = 0.36 ; Tổng chiều sâu chồn là s = 9mm. Như vậy rõ ràng khi chồn sẽ
không xảy ra hiện tượng mất ổn định.
Hình 4.3 Hình dáng phôi ban đầu
Sau khi chia lưới để theo dõi quá trình mất ổn định ta tiến hành mô phỏng, kết quả thu được qua các giai đoạn như sau :
74
Hình 4.4 Mô phỏng quá trình chồn phôi ống qua các giai đoạn
Kết quả sau khi chồn:
Hình 4.5 Sản phẩm cuối cùng sau khi chồn dạng 3D
4.1.4 Đánh giá kết quả sau khi mô phỏng quá trình chồn chi tiết ống nối.
Dựa vào sự tính toán và quan sát quá trình mô phỏng ta thấy khi chồn phôi
ống trong trường hợp này ởđiều kiện bình thường, trong mô phỏng các lưới ta chia không bị xô lệch, các vị trí dòng chảy kim loại thay đổi đột ngột không xảy ra hiện tượng “gấp” điều đó có nghĩa là không xảy ra sự mất ổn định trong quá trình chồn. Một trong những yếu tố góp phần vào sựổn đinh đó là do hình dáng của chi tiết phù hợp (tương quan giữa chiều dày và chiều cao tốt). Thêm vào đó khuôn được thiết kế
75
hợp lí (chày dài) giúp cho dòng chảy kim loại đều hơn để tránh xảy ra hiện tượng mất ổn định. Điều đó hoàn toàn phù hợp với lí thuyết mà ta nghiên cứu được ở
trong các chương trước đây.
4.2 Mô hình hóa quá trình dập chi tiết bánh răng côn răng thẳng với phần mềm DEFORM mềm DEFORM
4.2.1 Mô hình hình học
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên ta thấy để tạo ra được chi tiết bánh răng côn răng thẳng như ở trên.ta cần phải quan tâm đến các yếu tố đó là : Hình dáng kích thước của phôi, kết cấu của khuôn tạo hình, các thông số đầu vào, các điều kiện biên...
Trước hết ta đi tính toán hình dạng của phôi tạo thành chi tiết và các thông số