Mô hình bài toán mô phỏng được xây dựng phù hợp với sơ đồ công nghệ trên hình 3.3, bao gồm phôi, chày, áo cối, lõi có kích thước giống như thiết kế để tạo ra sản phẩm như hình 3.8
Để đạt được độ chính xác tính toán mô phỏng, phôi được chia 12.000 phần tử. Các thông số vật liệu, đường cong chảy của hợp kim nhôm Д16 được đưa vào mô hình vật liệu [4]. Các điều kiện biên như hệ số ma sát khi ép là 0,1 [5], chuyển vị chày ép là 22 mm được cài đặt trong phần mềm. Sau khi tính toán mô phỏng với sự trợ giúp của phần mềm Deform, ta thu được các kết quả phân bố ứng suất, biến dạng, biểu đồ lực và lưới biến dạng tại vị trí chồn.
3.4.1. Mô hình lƣới phần tử của phôi và sản phẩm
3.4.2. Mô phỏng số quá trình biến dạng
Hình 3.10: Bước – 1 Hình 3.11: Bước 10
Hình 3.12: Bước 77 Hình 3.13: Bước 85
Hình 3.14: Bước 92 Hình 3.15: Bước 100
Hình 3.10 biểu diễn lưới biến dạng trước và sau khi ép. Kết thúc quá trình ép, ta đó thu được chi tiết có hình dạng và kích thước đúng như thiết kế. Tại vị trí chồn (hình 3.10b) cần được khảo sát kỹ càng. Do ta chủ động thiết kế chiều dày sản phẩm ống sau khi ép chảy không nhỏ hơn nhiều so với chiều dày phôi ban đầu nên ống sẽ bị ép chảy, tạo ra phần nong ống có đường kính lớn hơn trước rồi mới bị chồn. Việc hai quá trình biến dạng tách biệt này có tác dụng quan trọng bởi phôi không bị mất ổn định trong lúc ép chảy. Hơn nữa phôi có xu hướng áp vào bề mặt cối trước rồi mới tiếp xúc với bề mặt lõi, điều này càng làm cho phôi có tính ổn định tốt hơn khi chồn. Hình 3.10b cho thấy, sản phẩm chồn đạt yêu cầu về kích thước mà không xảy ra hiện tượng mất ổn định làm xuất hiện khuyết tật gấp.
Hình 3.16: Phân bố biến dạng Hình 3.17: Phân bố ứng suất
Hình 3.16 và hình 3.17 trình bày kết quả tính toán phân bố biến dạng, ứng suất của ống khi kết thúc quá trình ép. Tại vị trí góc lượn, chuyển tiếp giữa vùng ép chảy và vùng chồn có mức độ biến dạng và ứng suất cục bộ lớn nhất. Ứng suất lớn nhất đạt 110 MPa, không làm phá hủy chi tiết. Biểu đồ lực ép được biểu diễn trên hình 3.18 với lực ép ở cuối quá trình biến dạng, khi vật liệu đã điền đầy lòng khuôn là 23,8 tấn. Như vậy, qua phân tích tính toán mô phỏng quá trình tạo hình, có thể kết luận sản phẩm đạt được kích thước,
hình dạng, chất lượng theo yêu cầu. Hình 3.18: Biểu đồ lực tạo hình
Nhận xét:
Quan sát, phân tích quá trình mô phỏng tại bước 85, 92 (hình 3.13, 3.14) nhận thấy rằng, khi chày chồn đi xuống thì kim loại sẽ điền đầy kín vào các vùng này một cách rất khó khăn, vì trở lực lúc này là rất lớn (ta gọi vùng này là vùng chết), vì, khi đó kim loại đã bị biến cứng, trở lực biến dạng rất lớn, đồng nghĩa với việc phản lực tác dụng lên dụng cụ là rất lớn, nếu dụng cụ không đủ bền sẽ bị phá hủy. Do đó, bài toán công nghệ đặt ra là phải tính toán bền cho dụng cụ để đảm bảo an toàn trong quá trình gia công, thiết kế dụng cụ có các vị trí chuyển tiếp để kim loại trượt dễ
tránh gây phức tạp không cần thiết. Trong trường hợp sản phẩm Bạc nối này, sau nguyên công chồn ta hoàn toàn chấp nhận vết công nghệ còn lại, sau đó, ở nguyên công tiện hoàn thiện sản phẩm sẽ được bóc hết đi, miễn là ta bố trí đủ lương dư cho gia công tiện ở trạng thái ổn định, loạt lớn.
Vùng chết của chi tiết ở trên rộng hay hẹp phụ thuộc vào thiết kế, tính toán công nghệ.
3.5. Phân tích kết cấu các chi tiết làm việc của dụng cụ chồn Bạc nối:
Hình 3.19: Chày chồn Hình 3.20: Lõi định vị
Xem xét hình 3.20 ở trên, cùng với nghiên cứu kỹ các bước chồn khi mô phỏng trên phần mềm Derfom nhận thấy, vùng chuyển tiếp I chưa được mềm mà có độ dốc lớn, gây trở lực lớn cho dòng kim loại khi chảy dẻo, đồng nghĩa với việc đòi hỏi lực tác dụng từ Chày chồn lớn, do đó, bài toán thiết kế, tính toán chày phải đảm bảo được độ bền nhất định trong quá trình làm việc. Trong bài toán này, tiết diện nguy hiểm của Chày chồn có dạng hình vành khăn, do đó phải tính toán công nghệ, xử lý nhiệt cho chày hợp lý, cân bằng giữa bài toán cứng và bài toán bền của dụng cụ.
hình 3.22 đến hình 3.26. Sản phẩm được cắt nửa để đo các kích thước đường kính, chiều dày các đoạn và thấy rằng các kích thước này hoàn toàn đúng với các kích thước trên hình 3.3. Tại vị trí chồn, hướng thớ kim loại chạy dọc theo đường sinh, không xuất hiện khuyết tật gấp.
Một số hình ảnh thu được sau quá trình thực nghiệm:
Hình 3.22: Phôi để chồn Bạc nối Hình 3.23: Bạc nối sau khi chồn
Hình 3.24: Bạc nối trong khuôn Hình 3.25: Cắt bổ đôi Bạc nối
3.6.2. Hình ảnh soi tổ chức kim tƣơng sau biến dạng a. Mẫu chồn
* Nhận xét: Các mẫu hợp kim nhôm có tổ chức nền là pha , tồn tại các pha
liên kim nằm rải rác trong mẫu.
- Vị trí 1: Các hạt bị biến dạng dọc theo trục của mẫu, biên giới hạt rõ nét, tồn tại các pha liên kim nằm rải rác trong tổ chức hạt.
- Vị trí 2: Các hạt bị biến dạng theo hướng vòng cung biên giới hạt rõ nét, tồn tại các pha liên kim nằm rải rác trong tổ chức hạt.
Ảnh 1a: VT1 x 50 Ảnh 1b: VT1 x 200
VT 1
b. Mẫu tiện
Ảnh 3a: VT2 x 50 Ảnh 3b: VT2 x 200
So sánh hình ảnh tổ chức tế vi của mẫu giữa phương án chồn và phương án cắt gọt:
- Mẫu chồn: ảnh 2b ở trên cho thấy tổ chức hạt tế vi có hướng thớ ôm lượn
theo biên dạng của dụng cụ chồn, hướng thớ này giúp chi tiết chịu được lực kéo theo phương hướng kính và phương dọc trục tốt.
- Mẫu tiện: ảnh 3b ở trên cho thấy tổ chức hạt tế vi có hướng thớ dọc trục - là
hướng của quá trình ép chảy ống phôi khởi thủy; tại các mặt cắt có thay đổi về tiết diện ngang, hướng thớ này bị tiện đứt trong quá trình gia công dẫn đến chi tiết chịu được lực kéo theo phương hướng kính và phương dọc trục kém hơn so với chi tiết được gia công theo phương án chồn.
3.7. KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu thực nghiệm, cùng với nghiên cứu, phân tích mô phỏng số trên
công nghệ này sẽ càng nhỏ lại, nhưng khi đó phản lực tác dụng ngược lại chày cũng rất lớn, nếu chày không đủ bền sẽ bị phá hủy (gãy chày tại tiết diện hình vành khăn - là tiết diện yếu nhất). Do đó, chúng ta cần cân nhắc giữa bản vẽ thiết kế sản phẩm của chi tiết cũng như tính công nghệ của nguyên công chồn để đưa ra tham số công nghệ cho phù hợp, thỏa mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm.
Đối với Bạc nối có bản vẽ thiết kế nêu ở trên hình 3.1, thì áp dụng công nghệ
chồn ống để tạo phôi cho các nguyên công tiện hoàn thiện sản phẩm. Khi đó việc tính toán, phân bố lượng dư theo biên dạng được cân đối sao cho thỏa mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật của phương án là hợp lý nhất; tại các vùng chuyển tiếp hoặc tập trung ứng suất của sản phẩm phải được lưu ý tối đa khi thiết kế công nghệ thỏa mãn hài hòa giữa tính công nghệ chồn với bản vẽ thiết kế của sản phẩm.
Tuy nhiên, theo nguyên lý chồn ở hình 3.3, việc thiết kế các chi tiết của dụng
cụ chồn, đặc biệt là các chi tiết có bề mặt làm việc ảnh hưởng lớn đến trở lực của dòng kim loại chảy là điều đáng lưu tâm hàng đầu. Để rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm, phải áp dụng mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng (Deform) là việc làm gần như bắt buộc đối với các kỹ sư công nghệ; qua những lần thử nghiệm, rút ra các thông số công nghệ cần thay đổi để thiết kế, chế tạo được dụng cụ chồn hợp lý, tối ưu, tiết kiệm thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Rõ ràng rằng, khi áp dụng công nghệ chồn vào chế tạo chi tiết Bạc nối ở trên sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng vật tư, giảm giá thành sản phẩm, đặc biệt hơn sẽ tăng cơ tính tại các mặt cắt chuyển tiếp mà nếu áp dụng công nghệ cắt gọt để chế tạo chi tiết thì không đạt được hiệu quả này.
CHƢƠNG 4
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHỒN ỐNG CHỨA THUỐC NỔ – ĐẠN XUYÊN LÕM CHỐNG TĂNG
4.1. Bản vẽ thiết kế sản phẩm, công nghệ hiện đang áp dụng 4.1.1. Bản vẽ thiết kế sản phẩm Ống chứa thuốc nổ
Nghiên cứu bản vẽ chi tiết Ống chứa thuốc nổ – Đạn xuyên lõm chống tăng như sau:
Hình 4.1: Bản vẽ sản phẩm Ống chứa thuốc nổ
Hình 4.2: Mặt cắt các vị trí có chiều dày thành thay đổi
- khi thuốc được kích nổ sẽ tạo ra uy lực xuyên lõm, phá hủy thành xe tăng, xe bọc thép.
Yêu cầu kỹ thuật của Ống chứa thuốc nổ cao, quá trình chế tạo được kiểm soát nghiêm ngặt về chất lượng, đặc biệt là chỉ tiêu cơ tính của nó.
4.1.2. Phân tích bản vẽ thiết kế
Xuất phát từ bản vẽ thiết kế chi tiết Ống chứa thuốc nổ – Đạn B41M, từ hình vẽ 4.1 ở trên, cho biết chiều dày thành chi tiết Ống chứa thuốc nổ tại các mặt cắt: A – A là 2,1 mm; B – B là 1,53 mm; C – C là 4,85 mm; D – D là 3,06 mm. Nhận thấy rằng, chiều dày của sản phẩm Ống chứa thuốc nổ thay đổi từ 1,53 mm đến 4,85 mm (chỗ dày nhất gấp 3,17 lần chỗ mỏng), nghĩa là, sự thay đổi cục bộ kích thước là rất lớn.
Hơn nữa, chiều dày thành chi tiết tại mặt cắt A – A là 2,1 mm và B – B là 1,53 mm: có sự chênh lệch là 0,57 mm (ta coi là chênh lệch không lớn) ở về cùng phía trụ to của chi tiết; trong khi đó, chiều dày thành chi tiết tại mặt cắt C – C là 4,85mm và D – D là 3,06 mm: có sự chênh lệch là 1,79 mm – đây là sự chênh lệnh tương đối lớn, ở cùng phía trụ nhỏ của chi tiết.
Mặt khác, từ hình vẽ 4.2 cho biết chiều dày thành sản phẩm lớn nhất 4,85 mm có chiều dài là 6 mm nằm ở khoảng giữa của đoạn trụ nhỏ của Ống chứa thuốc nổ.
4.1.3. Công nghệ hiện đang áp dụng
Thực tế sản xuất tại cơ sở sản xuất quốc phòng, người ta xây dựng, áp dụng tiến trình công nghệ như Mục 4.7.1 để chế tạo Ống chứa thuốc nổ, tiến trình công
nghệ này được áp dụng từ những năm 1990 cho đến nay. Ống chứa thuốc nổ được
chế tạo từ phôi ống có quy cách Ф76,5xФ66,3x188,7; chỉ sử dụng công nghệ tóp từ phôi ống để tạo phôi cho các nguyên công tiện hoàn chỉnh chi tiết; hiệu suất sử dụng vật liệu chỉ đạt 31,58% - là hiệu suất sử dụng quá thấp, gây lãng phí vât tư đẩy giá thành sản phẩm cao.
Từ hình 4.2 ở trên, cho biết chiều dày thành sản phẩm Ống chứa thuốc nổ ở vị trí lớn nhất là 4,85 mm, thực tế người ta đã chọn chiều dày phôi khởi phẩm là 5,1
mm (quy cách cụ thể: Ф76,5xФ66,3x188,7 để chế tạo sản phẩm).
Mặt khác, người ta dùng công nghệ gia công cắt gọt (gia công tiện) để chế tạo hoàn chỉnh Ống chứa thuốc nổ từ phôi ống theo tiến trình công nghệ như Mục 4.7.1. Điều này dẫn đến lượng dư phải tiện đi rất nhiều, gây lãng phí vật tư và năng suất nguyên công tiện bị giảm xuống, chưa hiệu quả trong sản xuất loạt lớn.
4.2. Đề xuất hƣớng công nghệ mới để chế tạo Ống chứa thuốc nổ:
Dựa vào kết quả nghiên cứu đã đạt được khi chồn Bạc nối tại Chương 3, trong chương này, tập trung nghiên cứu, áp dụng công nghệ chồn ống để chế tạo Ống chứa thuốc nổ.
4.2.1. Sơ đồ công nghệ chồn Ống chứa thuốc nổ a. Mô hình nguyên lý
Hình 4.3 là mô hình nguyên lý lực tác dụng lên phôi trong suốt quá trình chồn, áp suất p là áp suất phản lực đơn vị cần được tạo ra để chống lại sự biến dạng không mong muốn của chi tiết, nghĩa là tại những bề mặt này chi tiết không được biến dạng vào trong hay ra ngoài - không được thay đổi hình dáng của chi tiết.
Từ mô hình nguyên lý lực tác dụng ở hình 4.3, ta đưa ra hình 4.4 là mô hình lực và khuôn – phôi cơ bản để nghiên cứu. Khi tiến hành nghiên cứu ban đầu, việc xây dựng mô hình nguyên lý là hết sức quan trọng, căn cứ vào mô hình nguyên lý để thiết kế dụng cụ chồn, lựa chọn máy, thiết kế, bố trí công nghệ và thông qua đó, cần chú trọng điều gì, yếu tố nào là quyết định đến tính công nghệ của phương án.
Từ mô hình, để làm thí nghiệm thử nghiệm nguyên lý một cách tối giản và tiết kiệm chi phí nhất có thể.
Qua mô hình nguyên lý khuôn – phôi ở trên, ngoại trừ vị trí cần chồn để tăng tiết diện ngang cục bộ cho sản phẩm, thì các phần khác của phôi được khống chế, định vị và kẹp chặt để đảm bảo cho quá trình công nghệ diễn ra theo đúng ý đồ công nghệ và đạt mục tiêu đề ra.
a) Kích thước chính b) Bố trí lượng dư theo đường kính Hình 4.5: Xây dựng bản vẽ vật dập cho sản phẩm Ống chứa thuốc nổ
Khi tiến hành xây dựng bản vẽ vật dập ở trên phải đảm bảo tính công nghệ, phù hợp với thiết bị hiện có của đơn vị, tránh trường hợp phải đầu tư thiết bị mới. Tại các vị trí chuyển tiếp của chi tiết, phải tránh tập trung ứng suất, hoặc gây khó khăn cho việc thiết kế dụng cụ.
Xuất phát từ bản vẽ thiết kế sản phẩm, bố trí lượng dư cho các nguyên công hoàn thiện sản phẩm sao cho đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật là cao nhất. Nếu lượng dư nhiều thì dễ gia công hơn nhưng sẽ gây lãng phí vật tư lớn, nếu lượng dư ít quá sẽ không đủ lượng dư để tiện khử sai số hình dáng của vật dập. Lượng dư cho các nguyên công tiện hoàn thiện sản phẩm nhiều hay ít còn phụ thuộc việc thiết kế tiến
này phải có nguyên công ủ khử ứng suất để hồi phục tính dẻo của kim loại sau khi đã bị biến cứng bởi quá trình biến dạng.
Sản phẩm sau khi đã trải qua các nguyên công gia công áp lực xong, trước khi chuyển đến nguyên công tiện hoàn thiện sản phẩm phải qua nguyên công nhiệt luyện (tôi, hóa già) để tăng độ cứng cho chi tiết đảm bảo khi tiện không bị bết hoặc không bị cày xước bề mặt chi tiết. Tuy nhiên, khi thực hiện nguyên công nhiệt luyện, chi tiết Ống chứa thuốc nổ sẽ bị biến dạng nhiệt và chắc chắn một điều rằng, sự biến dạng nhiệt xảy ra không đồng đều trên toàn bộ các vị trí của nó, khi đó, chi tiết ít nhiều sẽ bị méo, ô van,... nếu chuyển chi tiết đến nguyên công tiện sẽ gặp hiện tượng chi tiết bị đảo, đồng thời với lượng dư nhỏ, thì sau khi tiện sẽ không hết vết, gây nên phế phẩm.
Trong tiến trình công nghệ chế tạo sản phẩm Ống chứa thuốc nổ ở Mục 4.7.2, vì lượng dư bố trí cho các nguyên công tiện theo hình 4.5b khoảng 0,5 mm toàn biên dạng, đây là lượng dư nhỏ, vì vậy, đòi hỏi tiến trình công nghệ phải được kiểm soát và đảm bảo tạo hình chính xác nhất có thể. Do đó, sau nguyên công nhiệt luyện phải có nguyên công dập hiệu chỉnh – mục đích là nắn, hiệu chỉnh lại cho chi tiết
