- Ngoại lực tác dụng: Lực dọc trục Fa, Áp lực của chất lỏng p, Lực ma sát sinh ra giữa bề mặt chi tiết và về mặt khuôn Fms
62
- Ngoài ra còn có lực đóng khuôn FC và lực đóng khuôn thảo mãn: FC ≥ p.A Trong đó: - p là áp lực của chất lỏng tác dụng lên lòng khuôn
- A là thiết diện lòng khuôn
3.2 Tính toán các lực tác dụng trong quá trình dập
Theo công thức 263 trang 265 [1] thì ta có :
Fa = Fα + Fp + Fμ (3.1)
3.2.1. Lực biến dạng Fα
Việc xác định Fα gặp rất nhiều khó khan cũng bởi đặc tính phức tạp của việc phân chia ứng suất trục σZ theo chiều dài phôi và theo tiết diện ngang của nó. Trong trƣờng hợp này lực biến dạng dẻo Fα có thể đƣợc tìm bằng cách lấy tích phân ứng suất trục σZ theo tiết diện ngang vì ta xem xét các vùng hình trụ I của mặt đầu phôi ( hình 155).
∫
(3.2)
Và ta xét điều kiện dẻo trong cùng 1 trạng thái ứng suất đối với vùng I thì ta thu đƣợc:
, ( ) * ( )
+- (3.3) - Đối với các phôi đồng thì có thể tính với β = 2,730
- Nếu tính với biến dạng ở trạng thái phẳng thì β = 1,15
3.2.2. Áp lực chất lỏng lên chày Fp
Việc xác định áp lực Fp là rất cần thiết để khắc phục lực đối áp từ phía chất lỏng trong phôi lên chày
( ) (3.4)
63
Việc xác định lực Fμ là cần thiết để khắc phục lực ma sát giữa phôi và lòng khuôn, và ta có thể tính lực này theo công thức:
∫ (3.5) Trong đó μ là hệ số ma sát, S – là diện tích bề mặt tiếp xúc.
Trong trƣờng hợp dập thủy tĩnh các chi tiết dạng ông nối bậc thì ta có thể sử dụng công thức sau:
(
) ( ) (3.6) Trong đó:
- li là chiều dài hiện tại của phôi
- l chiều dài sau khi đã kết thúc quá trình dập - t là bề dày của phôi khi kết thúc quá trình dập - d là đƣờng kính phôi khi kết thúc quá trình dập
Vậy ta có công thức tổng quát để tính lực dọc trục Fa nhƣ sau:
, * ( ) + ( ) ( )- (3.7) Công thức này đƣợc áp dụng ở lúc kết thúc quá trình dập. Nó cho phép xác định đƣợc lực ép phôi lớn hơn. Và các nghiên cứu cho thấy công thức trên chi ta trị số vƣợt hơn trị số hiện tại Fa là 10 ÷ 15%, và trên thực tế Fa có thể giảm xuống nhờ sử dụng các chất bôi trơn hiệu dụng.
Với việc tính toán cho chi tiết phôi đồng có các thông số nhƣ sau: - Chiều dày phôi là t =2 (mm)
- Đƣờng kính phôi d= 16 (mm)
64 - Ứng suất chảy của vật liệu đông σch = 240 Mpa
- Hệ số ma sát của vật liệu trong điều kiện có dầu bôi trơn μ = 0,05 Thay vào công thức 3.7 ta thu đƣợc kết quả Fa = 250.106
(N/m2) = 250 Mpa
3.3Mô phỏng quá trình dập thủy tĩnh chi tiết dạng trục bậc. 3.3.1 Giới thiệu phần mền ABAQUS 6,7
Hiện nay ở Việt Nam khi phân tích phần tử hữu hạn công trình thì vẫn hay sử dụng các phần mền nhƣ: Ansys, Sap2000, Geo, Plaxis….
Trong luận văn em sử dụng phần mền Abaqus 6.7
Hiện nay phần mền ABAQUS là một bộ phần mền lớn dùng để mô phỏng công trình dựa trên phƣơng pháp phần tử hữu hạn, phạm vi ứng dụng và giải quyết vấn đề của nó từ phần tích tuyến tính tƣơng đối đơn giản đến vấn đề mô phỏng phi tuyến phức tạp. Abaqus có kho phần tử phong phú, có thể mô phỏng hình dạng thực tế bất kì. Đồng thời kho mô hình vật liệu có thể mô phỏng đại đa số tính năng vật liệu công trình điển hình, trong đó nhƣ kim loại, cao su, vật liệu cao phân tử, vật liệu phức hợp….Abaqus không chỉ giải quyết vấn đề trong phân tích kết cấu ( ứng suất/ chuyển vị) mà vẫn có khả năng mô phỏng và nghiên cứu vấn đề trong các lĩnh vực nhƣ truyền dẫn nhiệt, khoáng sản, phân tích âm thanh, điện tử….
Abaqus là phần mền mang tính chất thƣơng mại cao, thân thiện với ngƣời dùng, sử dụng tƣơng đối đơn giản. Vấn đề phức tạp nhất cũng có thể dễ dàng thiết lập mô hình. Ví dụ công trình có nhiều bộ phân phức tạp. Trong đa số vấn đề phân tích mô phỏng, thậm chí trong vấn đề phi tuyến cao cấp, ngƣời dùng cũng chỉ cần cung cấp hình dạng hình học, tính năng vật liệu, điều kiện biên và trƣờng hợp tải trọng của kết cấu là có thể tiến hành phân tích.
Abaqus có hai khối phân tích chủ yếu: Abaqus/Standard và Abaqus/Explicit. Ngoài ra vẫn có hai khối phân tích phụ có công dụng đặc biệt là: Abaqus/Aqua và
65
Abaqus/Design. Abaqus/CAE (Complete Abaqus Eviroment) là khôi giao tiếp với ngƣời dùng, làm công tác tiền xử lý nhƣ thiết lập mô hình, gán đặc tính và điều kiện biên, phân chia mạng lƣới….Abaqus/Viewer dùng để tiến hành phân tích và xử lý kết quả.
3.3.2 Mô phỏng quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, dạng trụ bậc a. Mô hình hình học và vật liệu
Để mô phỏng tính toán quá trình dập, ta sử dụng kiểu bài toán đối xứng trục có mô hình hình học nhƣ trên hình 3.2
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng quá trình dập thủy tĩnh bằng phần mền Abaqus
*Vật liệu:
Trong nghiên cứu này ta xem xét hai loại vật liệu điển hình là thép dập sâu (Fe – Al), và vật liệu đồng nguyên chất (Cu) có đƣờng cong ứng suất biến dạng dẻo nhƣ trên hình 3.3mô đun đàn hồi, hệ số poát xông, giới hạn chảy đƣợc cho bởibảng dƣới. Đây là hai loại vật liệu có khả năng biến dạng dẻo rất tốt đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp, phù hợp với nghiên cứu này.
66
Hình 3.3 Đường cong ứng suất biến dạng
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của vật liệu phôi tới sự biến dạng của chi tiết
Cu Fe-Al
E Gpa sMpa E Gpa sMpa
110 0.3 90 200 0.3 91.2
b. Điều kiện biên
Trong nghiên cứu này sẽ khảo sát ảnh hƣởng của từng yếu tố (áp suất, chuyển vị chày ép) để xem xét ảnh hƣởng của chúng, từ đó đƣa ra đƣợc các giá trị hợp lý để tạo hình. Hệ số ma sát f = 0.05 và coi là hằng số trong suốt quá trình dập, quan hệ tiếp xúc đƣợc sử dụng là tiếp xúc giữa các mặt với nhau (Surface to Surface).
Bảng 3.2 Điều kiện biên
Hệ số ma sát, f Tốc độ chày ép, v(t) mm/s
Áp suất trong của ống, p(t) Mpa/s
67
c. Kết quả
Trong nghiên cứu này ta sử dụng phƣơng pháp mô phỏng số để đánh giá đƣợc sự tƣơng thích giữa những nghiên cứu về mặt lý thuyết (lý thuyết ống dày, mất ổn định) và mô phỏng, giúp nghiên cứu kỹ hơn về đặc điểm của phƣơng pháp.
Sau khi mô phỏng trên phần mềm Abaqus với các điều kiện biên nêu trên thu đƣợc các kết quả dƣới đây, ứng với từng loại vật liệu khác nhau nhƣ sau:
*Vật liệu Fe-Al
Trường hợp 1: Xem xét riêng ảnh hƣởng của áp suất
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của riêng áp suất đối với vật liệu Fe-Al
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
0.1 100 0
Hình 3.4 Ảnh hưởng của áp suất tới biến dạng của vật liệu
68
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của riêng tốc độ (hành trình chày ép) đối với vật liệu Fe-Al
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
0.1 0 400
Hình 3.5 Ảnh hưởng của hành trình chày ép tới biến dạng của vật liệu
Trường hợp 3: Khi áp suất nhỏ
Bảng 3.5 Khi áp suất làm việc nhỏ đối với vật liệu Fe-Al
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
69
Hình 3.6 Kết quả khi áp suất không đủ lớn để làm biến dạng vật liệu
Trường hợp 4: Khi áp suất và tốc độ ép phù hợp
Bảng 3.6 Khi áp suất và tốc độ ép phù hợp đối với vật liệu Fe-Al
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
0.1 90 400
70
Trường hợp 5: Giới hạn tạo hình: Giữ nguyên chế độ ép và áp suất nhƣ ở bảng 3.6,
thay đổi đƣờng kính ngoài D tƣơng ứng với các giá trị 32, 36, 40, 44 (mm)
Hình 3.8 Khi đường kính phôi thay đổi
* Vật liệu Cu
Trường hợp 1: Xem xét riêng ảnh hƣởng của áp suất
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của riêng áp suất đối với vật liệu Cu
71
0.0 0 0
0.1 80 0
Trường hợp 2: Xem xét riêng ảnh hƣởng của hành trình chày ép
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của riêng tốc độ (hành trình chày ép) đối với vật liệu Cu
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
0.1 0 400
Trường hợp 3: Khi áp suất nhỏ
Bảng 3.9 Khi áp suất nhỏ đối với vật liệu Cu
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
0.1 30 400
Trường hợp 4: Khi áp suất, tốc độ ép phù hợp
Bảng 3.10 Khi áp suất và tốc độ hợp phù hợp đối với vật liệu Cu
Thời gian,t s Áp suất, p Mpa Tốc độ ép, v mm/s
0.0 0 0
72
d. Bình luận
Thông qua mô phỏng đã nhận đƣợc các kết quả về đƣờng cong áp suất – chuyển vị, lực – chuyển vị, của chày ép để tạo hình chi tiết dạng trụ bậc, nghiên cứu sự thay đổi chiều dày của phôi sau khi tạo hình.
Hình 3.9 So sánh áp suất- chuyển vị chày ép đới với vật liệu Fe-Al và Cu
73
74
CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN TRÊN MÁY PHAY CNC
4.1 Thiết kế khuôn
4.1.1 Giới thiệu về phần mền thiết kế Autodesk Inventor
Phần mềm Autodesk Inventorđƣợc hãng Autodesk phát triển thành phần mềm
chuyên dùng trong việc thiết kế mô hình 3D với công cụ thiết kế cơ khí chất lƣợng cao giúp các kỹ sƣ và nhà thiết kế cơ khí rút ngắn thời gian thiết kế và đạt đƣợc các sản phẩm tốt hơn đƣa ra thị trƣờng nhanh hơn. Phần mềm thiết kế CAD 3D thuận tiện nhất với mức giá trung bình, Autodesk Inventor đƣợc biết đến vì dễ sử dụng không gì bằng và cung cấp cách thức chuyển thiết kế từ 2D sang 3D nhanh chóng.
Autodesk Inventor là một tập hợp phần mềm thiết kế 2D và 3D bao gồm phần
mềm AutoCAD và Autodesk Mechanical Desktop. Với Autodesk Inventor, ta có thể
thiết kế đƣợc những chi tiết 3D phức tạp ở dạng khối (Solid) hoặc ở dạng tấm (Sheet Metal), dạng bề mặt (Surface), các mối ghép hàn (Weldment).
4.1.2 Kết quả thiết kế các chi tiết của khuôn dập
Với kích thƣớc của chi tiết gia công là dạng ống nhƣ sau:
75 Thì ta có thể thiết kế khuôn nhƣ sau:
Hình 4.2 khuôn thiết kế
Với kết cấu khuôn là dạng khuôn với các tấm ghép lại nên việc thiết kế và chế tạo các chi tiết cũng đơn giản.
Ta cócác chi tiết cụ thể nhƣ sau:
76
Hình 4.4 Khuôn trên
77
Hình 4.6 Tấm đỡ khuôn dưới
78
Hình 4.8 Tấm đế khuôn
Hình 4.9 Lõi khuôn
4.1.3 Bản vẽ chế tạo
79
Hình 4.10 Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm đỡ khuôn trên
80
Hình 4.12 Bản vẽ chế tạo chi tiết Khuôn dưới
81
Hình 4.14 Bản vẽ chế tạo chi tiết đế khuôn
82
Hình 4.16 Bản vẽ chế tạo chi tiết lõi khuôn
4.1.4 Giới thiệu về phần mền gia công Mastercam
Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghệ ngày càng phổ biến ở Việt Nam. CAD (Computer Aided Design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer Aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã đƣợc ứng dụng nhanh chóng công nghệ, vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất lao động, giảm cƣờng độ lao động, tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lƣợng và hạ giá thành sản phẩm.
Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp đƣợc phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp đang sử dụng
83
phổ biến hiện nay nhƣ: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam, Vercut, Topmold, Cimatron, Catia/Auto NC, Pro/Engenieer, Hypercam…
Mastercam là phần mềm CAD/CAM tích hợp đƣợc sử dụng rộng rãi ở châu Âu và trên thế giới, đồng thời cũng đƣợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Mastercam có khả năng thiết kế và lập chƣơng trình điều khiển các trung tâm gia công CNC 5 trục, 4 trục, 3 trục, có thể lập trình để gia công tia lửa điện cắt dây, tiện, phay, khoan ... Mastercam đƣợc đánh giá là một trong những phần bán chạy nhất thế giới trong vài năm gần đây. Ta có kết quả sử dụng phần mền Mastercam để gia công khuôn nhƣ sau:
* Chi tiết tấm đỡ khuôn trên
Hình 4.17 Hình chi tiết tấm đỡ khuôn trên gia công trên phần mền MasterCam
84 N100 G21 N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90 N104 T1 M6 N106 G0 G90 G54 X-30.652 Y125.362 A0. S0 M5 N108 G43 H1 Z25. M8 N110 Z10. N112 G1 Z-8.333 F0. N114 Y105.362 N116 G3 X-10.652 Y85.362 I20. J0. N118 G1 X84.848 N120 G2 X99.848 Y70.362 I0. J-15. N122 G1 Y-55.638 N124 G2 X84.848 Y-70.638 I-15. J0. N126 G1 X-106.152 N128 G2 X-121.152 Y-55.638 I0. J15. N130 G1 Y70.362 N132 G2 X-106.152 Y85.362 I15. J0. N134 G1 X-10.652 N136 G3 X9.348 Y105.362 I0. J20.
85 N138 G1 Y125.362 N140 G0 Z16.667 N142 X-30.652 Y120.362 N144 Z10. N146 G1 Z-8.333 N148 Y100.362 N150 G3 X-10.652 Y80.362 I20. J0. N152 G1 X84.848 N154 G2 X94.848 Y70.362 I0. J-10. N156 G1 Y-55.638 N158 G2 X84.848 Y-65.638 I-10. J0. N160 G1 X-106.152 N162 G2 X-116.152 Y-55.638 I0. J10. N164 G1 Y70.362 N166 G2 X-106.152 Y80.362 I10. J0. N168 G1 X-10.652 N170 G3 X9.348 Y100.362 I0. J20. N172 G1 Y120.362 N174 G0 Z16.667
86 N176 X-30.652 Y125.362 N178 Z1.667 N180 G1 Z-16.667 N182 Y105.362 N184 G3 X-10.652 Y85.362 I20. J0. N186 G1 X84.848 N188 G2 X99.848 Y70.362 I0. J-15. N190 G1 Y-55.638 N192 G2 X84.848 Y-70.638 I-15. J0. N194 G1 X-106.152 N196 G2 X-121.152 Y-55.638 I0. J15. N198 G1 Y70.362 N200 G2 X-106.152 Y85.362 I15. J0. N202 G1 X-10.652 N204 G3 X9.348 Y105.362 I0. J20. N206 G1 Y125.362 N208 G0 Z8.333 N210 X-30.652 Y120.362 N212 Z1.667
87 N214 G1 Z-16.667 N216 Y100.362 N218 G3 X-10.652 Y80.362 I20. J0. N220 G1 X84.848 N222 G2 X94.848 Y70.362 I0. J-10. N224 G1 Y-55.638 N226 G2 X84.848 Y-65.638 I-10. J0. N228 G1 X-106.152 N230 G2 X-116.152 Y-55.638 I0. J10. N232 G1 Y70.362 N234 G2 X-106.152 Y80.362 I10. J0. N236 G1 X-10.652 N238 G3 X9.348 Y100.362 I0. J20. N240 G1 Y120.362 N242 G0 Z8.333 N244 X-30.652 Y125.362 N246 Z-6.667 N248 G1 Z-25. N250 Y105.362
88 N252 G3 X-10.652 Y85.362 I20. J0. N254 G1 X84.848 N256 G2 X99.848 Y70.362 I0. J-15. N258 G1 Y-55.638 N260 G2 X84.848 Y-70.638 I-15. J0. N262 G1 X-106.152