Tính công nghệ của kim loại được xác định chủ yếu bở cơ tính của nó . Cơ tính của kim loại phụ thuộc vào thành phần hóa học , tổ chức và độ lớn của hạt kim loại , nhiệt độ , mức độ biến cứng . Mức độ biến cứng và đặc tính nhiệt luyện của vật liệu đã qua cán nguội có một ý nghĩa rất lớn đối với cơ tính và tính công nghệ khi ứng dụng trong dập tấm .
Để đặc trưng tính công nghệ của vật liệu , người ta dùng chỉ tiêu dẻo của vật liệu biểu thị bằng trị số co thắt tương đối của tiết diện ngang khi kéo cũng như tỉ số giữa giới hạn chảy và giới hạn bền càng nhỏ thì trị số co thắt tương đối của tiết điện ngang càng lớn
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
- Ta có thể chia vật liệu thành những nhóm theo tính dẻo và tính biến cứng như sau : vật liệu ít dẻo – vật liệu biến cứng rất ít , trị số co thắt tương đối của tiết diện ngang bằng 0,1 ÷ 0,15
Vật liệu dẻo trung bình : vật liệu biến cứng ít , trị số co thắt tương đối của tiết diện ngang bằng 0,15 ÷ 0,2 ( thép 20 – 30 , thép crom – niken , nhôm đã qua biến cứng)
Vật liệu dẻo : Vật liệu biến cứng trung bình , trị số co thắt tương đối của tiết diện ngang bằng 0,2 ÷ 0,25 ( thép ít các bon 08 , 10 , 15 , đồng thau , nhôm ủ )
Vật liệu dẻo cao : Vật liệu hầu như không biến cứng , trị số co thắt tương đối của tiết diện ngang bằng 0,25 ÷0,30
Những chi tiết chủ yếu trong vỏ xe ô tô dùng thép tấm , thường sử dụng loại thép 08KΠ để đảm bảo tính công nghệ , cơ tính của thép tấm khi dập chi tiết vỏ ôtô.
Thép 08KΠ hoàn toàn thỏa mãn những yêu cầu chủ yếu của thép tấm dùng để dập vỏ hộp đựng bánh xe ôtô :
- Tỷ số giữa giới hạn chảy và giới hạn bền < 0,65 - Độ giãn dài tương đối > 45 %
- Độ cứng < 40 HRC
- Chiều dày vật liệu : S = 1 mm
- Khe hở chày cối: Do đây là phương pháp dập thủy cơ nên khi dập thì khe hở giữa chày và cối sẽ lớn hơn nhiều so với dập vuốt thông thường, theo kết quả thực nghiệm ta xác định được khe hở Z = (5÷6)S. Do đó ta chọn Z = 5.S = 5.1= 5 (mm)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
dập thủy cơ là tổng của lực dập vuốt tạo hình truyền thống Pdv và lực phản ứng của áp suất Pas nó tác động lên bề mặt chày thông qua môi trường chất lỏng
a) Lực dập vuốt
Lực dập :
Pd = F.q( tấn ) (2)
trong đó : F – diện tích hình chiếu của dt tiếp xúc giữa dụng cụ biến dạng và phôi , tính toán cho thấy thấy F = 140100 mm2
- q là áp lực riêng, tra bảng 12 trang 260 sổ tay dập tấm ta có đôi với chiều dày s > 0,5 mm ta được q = 2 ÷ 2,5 N/mm2 , ta chọn q = 2,5 N/mm2
thay các giá trị trên vào 2 ta nhận được Pd = 140100.2,5 = 350 tấn
b) Áp lực chất lỏng tác động lên bề mặt chày
Để thực hiện quá trình dập thủy cơ được, lực phản ứng của áp suất tác dụng vào bề mặt chày phải có giá trị áp suất đặt vào lòng cối đủ lớn để phôi vừa được giữ vừa phồng lên trước khi chày đi xuống tiếp xúc phôi, với vật liệu gia công là thép không gỉ nên áp suất trong cối dập có giá trị trong khoảng 300-1000 bar Do đó ta chọn được áp suất ban đầu đặt vào lòng cối là qas = 350 bar = 35MPa
Pas = qas.Fđ
Với Fđ: Diện tích phôi chịu tác động của áp suất đẩy Fđ = π. R2 =140100 ( mm2)
Với R= 345 mm
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
=>Lực cần thiết để biến dạng dẻo kim loại là:
Pd = Pdv + Pas = 350 + 490 = 840 (tấn)
c) Lực chặn
Lực chặn Q được xác định như sau :
Q = Fc.qc
Fc là phần diện tích vành khăn. Từ bản vẽ vật dập ta tính được bằng phần mềm Catia đường kính phôi là 1500 mm
Fc= π (7502 – 3452) = 1393218 mm2 qc = 0,5 N/mm2
Vậy lực chặn Q = 1393218 . 0,5 = 696609 N= 70 tấn
4.4.4.Chọn thiết bị
Khi chọn thiết bị ta cần chú ý một số điều sau:
Lực của máy phải lớn hơn lực công nghệ (Pmáy> Pcn) để tránh quá tải về lực
Công suất của máy phải lớn hơn công suất cần thiết của quá trình dập để không bị quá tải về công suất
Ngoài hai yếu tố trên thiết bị còn phải đảm bảo một số yêu cầu khác như: Kích thước bàn máy phải đủ lớn để lắp được khuôn, đảm bảo về tốc độ dập, chiều cao kín của máy….
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Nửa khuôn trên , nửa khuôn dưới cùng vành chặn được đúc sau đó gia công cơ , và nhiệt luyện bền mặt tại những bề mặt làm việc . Biên dạng của chúng được xác định căn cứ vào biên dạng của chi tiết trên mô hình 3D.
- Thiết bị : sử dụng máy ép thủy lực 1000 tấn với các thông số kỹ thuật như sau : Lực ép danh nghĩa : 1000 tấn.
Lực chặn : 400 tấn . Chiều cao kín : 1800 mm Hành trình đầu trượt : 1400 mm Hành trình đẩy : 400 mm Chiều cao từ mặt bàn lên mặt đế : 600 mm
Kích thước bàn máy : 3000x2500 mm Kích thước vùng chặn phôi : 2800x2000 mm
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Khi tính toán, thiết kế chi tiết vỏ đựng bánh xe ô tô bằng phương pháp dập thủy cơ, ta thấy được tầm quan trọng của các vấn đề như chọn vật liệu, lực ép, chặn….Tất cả sẽ quyết định đến thành công của sản phẩm và nếu đạt thành công cùng với tối ưu được giá thành thì đây sẽ là 1 thành công bước đầu. Đây không chỉ là tính toán, thiết kế cho một loại thiết bị mà cũng là phương pháp chung để tạo ra các sản phẩm khác của ngành ô tô nói riêng và các lĩnh vực khác nói chung.
Do đó ta cần thực hiện theo trình tự nhất định, cụ thể và chính xác giúp cho việc thiết kế chi tiết khác được thuận lợi hơn.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHƯƠNG 5
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐỂ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH DẬP THỦY CƠ
5.1. Giới thiệu phương pháp mô phỏng số
Hiện nay, trong gia công áp lực đã xuất hiện một phương pháp tính toán công nghệ mới – phương pháp mô phỏng số. Thực chất của phương pháp là hiển thị quá trình biến dạng lên trên màn hình vi tính, cho phép ta biết được các khuyết tật xuất hiện trên sản phẩm, từ đó đưa ra các thông số công nghệ: lực chặn, kích thước chày cối … hợp lý nhất. Trong thực tế sản xuất, một khó khăn tồn tại từ trước tới nay là nguyên công lắp ráp khuôn rất khó, phải dập thử nhiều lần thì mới ra được sản phẩm tốt.Phương pháp mô phỏng số đã khắc phục được khó khăn trên, các thông số công nghệ rút ra được có độ chính xác rất cao làm đơn giản hoá việc lắp ráp khuôn, giảm số lần dập thử, thường thì chỉ cần một lần dập thử là ra được sản phẩm có chất lượng tốt. Hiện có hai phương pháp mô phỏng được sử dụng có hiệu quả là mô phỏng vật lý và mô phỏng số .
Phương pháp mô phỏng số sử dụng để mô hình hóa các quy trình công nghệ nhờ sự trợ giúp của máy tính nhằm tối ưu hóa quá trình dập. Ngày nay, các yêu cầu chất lượng tăng, cũng như tỷ lệ tiêu chuẩn chất lượng của các chế phẩm công nghệ trong sản xuất không ngừng được nâng cao, cùng với các trang thiết bị hiện đại nhất. Do đó việc xác minh tính chính xác của vật liệu và công cụ thiết kế bằng cách tính toán trước khi đưa vào sản xuất là rất quan trọng.
Khi mô phỏng quá trình dập kim loại tấm ta sử dụng phần mềm Dynaform để mô phỏng quá trình dập. Qua đó chúng ta không những biết được các thông số đầu vào để điều chỉnh chúng phù hợp với điều kiện thực tế, mà còn thấy được các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình dập như: vật liệu, ma sát, … để từ đó lựa chọn hợp lý hơn.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Khi sử dụng phương pháp mô phỏng số sẽ mang lại nhiều thuận lợi cho quá trình sản xuất, chế tạo sản phẩm dập tạo hình.
Hình 5.1. Ưu điểm của phương pháp mô phỏng số
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Sơđồ các bước giải bài toán
Hình 5.2. Các bước giải bài toán mô phỏng
5.2.1. Mô hình hình học của dụng cụ và phôi
Từ yêu cầu kích thước của sản phẩm, đưa ra các khuôn mẫu, dụng cụ gia công, phôi thích hợp cho quá trình tạo hình. Khi xây dựng mô hình hình học trên phần mềm Catia cùng với việc tách bề mặt ta được các mô hình sau:
Các mô hình hình học là ảo, có thể xây dựng trên nhiều phần mềm khác nhau như: solidwork, Catia… và lưu ở đuôi IGES (* igs) sau đó nhập( import) vào phần mềm Dynaform từng phần tử theo trình tự.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
5.2.2. Chia lưới phần tử cho từng đối tượng
Mỗi khi nhập một đối tượng vào phần Dynaform ta chia lưới phần tử cho mỗi đối tượng đó
• Gọi và chia lưới cho phôi
Hình 5.5. Chia lưới phần tử phôi
• Gọi và chia lưới cho cối
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
• Gọi và chia lưới cho chày
Hình 5.7. Chia lưới phần tử chày
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Khi chia lưới hữu hạn cho các đối tượng, tức là chia đối tượng thành các phần tử nhỏ với số lượng hữu hạn.
Tùy vào đối tượng mà chọn số các phần tử cho phù hợp để có được kết quả chính xác.
5.2.3. Xây dựng mô hình vật liệu và điều kiện biên
Khi chia lưới xong cho các đối tượng vào mục Setup, vào Autosetup để bắt đầu cài đặt các điều kiện biên.
Khi xuất hiện cửa sổ Sheet forming, ta chọn Blank để cài đặt vị trí và vật liệu phôi.
Mô hình vật liệu của phôi được xác định và lựa chọn trong thư viện vật liệu đã có sẵn của phần mềm
Vật liệu phôi là thép không gỉ nên ta chọn STEEL , chọn T36
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Khi hoàn tất quá trình cài đặt ta chọn mục Preview → Animation cho bài toán chạy thử để kiểm tra và chỉnh sửa thông số cài đặt.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
5.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP
- Qua tính toán sơ bộ ta đưa ra bảng thông số để mô phỏng Vật Liệu Phôi Hệ số ma sát Lực chặn phôi(tấn) Khe hở chày- cối (mm) Áp suất chất lỏng (Mpa) Chày- phôi Cối- phôi Chặn- phôi Thép Kπ 08 0.125 0.01 0.01 100 10 30 --- --- 0.05 0.05 200 --- --- --- --- 0.075 0.075 400 --- --- --- --- 500 --- ---
Từ mô phỏng ta sẽ tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của lực chặn, hệ số ma sát, khe hở chày- cối, áp suất chất lỏng , vật liệu phôi…. tới biến dạng của phôi
Ở đề tài này, em chỉ khảo sát sự ảnh hưởng của ma sát , lực chặn phôi tới biến
dạng của phôi. Các thông số khác trên bảng 5.1 không đổi
5.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lực chặn phôi thay đổi tới biến dạng của phôi. Khảo sát ảnh hưởng của lực chặn phôi thay đổi( giá trị 100, 200, 400, 500 tấn) tới Khảo sát ảnh hưởng của lực chặn phôi thay đổi( giá trị 100, 200, 400, 500 tấn) tới biên dạng của phôi với hệ số ma sát không đổi là 0.075, áp suất chất lỏng không đổi là 30 MPa:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ổn định của phôi. Ở trường hợp trên với lực chặn 100-200 tấn ta thấy sản phẩm bị nhăn. Tuy nhiên, lực chặn phải có độ lớn hợp lí, nếu không sẽ xảy ra kéo đứt phôi do ma sát quá lớn giữa vành phôi và dụng cụ.Hình 5.2 với lực chặn 500 tấn ta thấy sản phẩm bị rách.
5.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của Ma sát thay đổi tới biến dạng của phôi. Khảo sát khi thay đổi hệ số ma sát µ = 0,01-0,09 lực chặn phôi 400 tấn, áp suất chất lỏng 30 Mpa:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hình 5.14. Ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ 0.09
Nhận xét:
Như vậy ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình dập vuốt các chi tiết hình tròn xoay. Trong trường hợp ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ µ = 0,05 thì khi chiều sâu dập vuốt là 60mm ứng suất tương đương lớn nhất σeqv =609 MPa.
Khi ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ µ = 0,01 thì khi chiều sâu dập vuốt là 60mm ứng suất tương đương lớn nhất σeqv =582 MPa.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
Qua quá trình tính toán bằng phần mềm mô phỏng số với các thông số đầu vào: Mô hình vật liệu, mô hình dụng cụ biến dạng, các điều kiện biên áp suất, ma sát nhiệt độ…gần giống với thực tế, ta thấy quá trình biến dạng và tạo hình của vật liệu rất tốt. Nhờ việc thay đổi các thông số kỹ thuật một cách đơn giản, dễ dàng không tốn kém mà lại hiệu quả, không phải thử khuôn sửa khuôn nhiều lần. Do đó ta hoàn toàn có thể áp dụng các tính toán mô phỏng trên kết hợp với kinh nghiệm ta áp dụng vào sản xuất thực tế cho hiệu quả tối ưu về công nghệ, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.
Sau rất nhiều lần thay đổi thông số: lực chặn, hệ số ma sát, khe hở chày- cối, áp suất chất lỏng , vật liệu phôi….và tiến hành chạy mô phỏng. Em đã tìm ra bộ số tối ưu nhất:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHƯƠNG 6:
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ CHO ĐỀ TÀI
Sau một thời thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn “ Nghiên cứu công nghệ dập thủy cơđể chế tạo vỏđựng bánh xe ô tô Ford Everest ” đã hoàn thành đúng tiến độ, nội dung và thời gian đã đặt ra.
Phương pháp dập thuỷ cơ là một công nghệ được các nước tiên tiến ứng dụng rất rộng rãi trong chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp, làm bằng các vật liệu khó biến dạng trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu chế tạo một chi tiết là hộp đựng bánh xe ô tô ford everest . Nội dung chính của đề tài đã nghiên cứu là:
- Nghiên cứu các đặc tính biến dạng khi ép thuỷ cơ - Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn
- Sử dụng phần mềm mô phỏng biến dạng tấm bằng Dynaform
- Thay đổi thông số, chạy mô phỏng DF5.6 để tìm ra bộ số tối ưu nhất Phương pháp nghiên cứu:
- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu về ép thủy cơ; phương pháp