Ta tiến hành thiết kế và gia công khuôn. Tổng thể của bộ khuôn được thiết kế như sau:
Hình 3.5 Bản vẽ tổng thể bộ khuôn
Trong giới hạn đề tài tôi xin trình bày quy trình công nghệ để thiết kế chi tiết quan trọng nhất, quyết định đến độ chính xác của chi tiết sau khi dập, đó là chi tiết Khuôn dưới.
3.4.1. Bản vẽ chế tạo khuôn dưới
Hình 3.6 Bản vẽ chế tạo khuôn dưới
3.4.1. Quy trình gia công
a. Nguyên công 1: Gia công trên máy tiện
Bước 1: Xén mặt đầu
Bước 2: Khoan tâm
Hình 3.8 Sơ đồ gá đặt bước 2
Bước 3: Tiện kích thước100x45
Phôi được gá lên mâm cặp, một đầu chống tâm. Kích thước phôi nằm ngoài mâm cặp khoảng l=50 mm.
Hình 3.9 Sơ đồ gá đặt bước 3
Bước 4: Xén mặt đầu khống chế kích thước l=60±0.1 mm
Hình 3.10 Sơ đồ gá đặt bước 4
Bước 5: Tiện kích thước 120x15
Hình 3.11 Sơ đồ gá đặt bước 5
Bảng chế độ cắt cho nguyên công 1
Nguyên công 1: Gia công trên máy tiện
Bước CN Máy Dụng cụ cắt n (vg/ph) Sz (mm/vg) t (mm)
Bước 1: Xén mặt đầu T616 Dao đầu cong 580÷620 0,12÷0,18 1
Bước 2: Khoan tâm T616 Mũi khoan tâm 580÷620 Tay 2,5
Bước 3: Tiện kích
thước 100x45 T616 Dao vai 580÷620 0,12÷0,18 2÷3
Bước 4: Xén mặt đầu khống chế kích thước
l=60±0.1 mm
T616
Dao đầu cong 580÷620 0,12÷0,18 1
Bước 5: Tiện kích thước 120x15 T616 Dao vai 580÷620 0,12÷0,18 2÷3 Bước 6: Vát mép các cạnh 2x450 T616
Dao đầu cong 580÷620 0,12÷0,18 2
b. Nguyên công 2: Lấy dấu để khoan lỗ
Ta sử dụng compa, thước cao và đột lỗ để lấy dấu chuẩn bị cho nguyên công khoan lỗ.
c. Nguyên công 3: Khoan 2 lỗ 6
Hình 3.14 Sơ đồ gá nguyên công 3
Bảng chế độ cắt khoan lỗ
Nguyên công: khoan lỗ
Bước CN Máy Dao n (v/ph) S (mm/ph) t (mm)
Khoan 2 lỗ 6 6H12 Khoan 6 650 15 3
d. Nguyên công 4: Gia công lòng khuôn dưới trên trung tâm gia công CNC Lòng khuôn dưới là phần rất phức tạp và quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng chi tiết sau khi dập nên ta phải gia công trên trung tâm gia công CNC (phần này sẽ trình bày cụ thể ở chương 4)
e. Nguyên công 5: Nhiệt luyện khuôn
Khi làm việc, các khuôn dập nóng chịu tải trọng lớn và va đập, bề mặt bị nung nóng tới 500-5500C, lòng khuôn có hình dáng phức tạp, do vậy yêu cầu cơ tính cao và đồng nhất trên tiết diện.
của thép nhỏ và do đó khuôn dễ bị nứt vỡ, tuổi thọ giảm. Trái lại, nung tôi ở nhiệt độ thấp quá (dưới 10000C) nền thép ít được hoà tan nguyên tố hợp kim sẽ kém ổn định, nhanh chóng bị phân huỷ làm giảm độ cứng của khuôn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy nung tôi SKD 61 tốt nhất ở 10200C÷10700C. Môi trường làm nguội khi tôi khuôn SKD 61 tốt nhất là dầu nóng.
Chế độ ram cũng ảnh hưởng tới tính cứng nóng nhưng theo chiều hướng ngược lại. Nhiệt độ ram lớn hơn 6000C tính cứng nóng giảm mạnh do hiện tượng tiết cacbit làm nền thép nghèo nguyên tố hợp kim đi, do đó tính cứng nóng giảm.
Ram ở nhiệt độ thấp (5000C÷5500C ) độ cứng giảm chậm theo thời gian, nhưng khả năng chống mài mòn kém vì không tận dụng được độ cứng thứ hai nhờ chuyển biến austenit dư thành mactenxit khi ram.
Kết quả tốt nhất là ram 2 lần ở nhiệt độ từ 5700C÷5900C.
Để giữ được độ bền, tính cứng nóng của khuôn đòi hỏi phải nhiệt luyện đúng chế độ.
Để chống mài mòn, khuôn cần thấm nitơ để có độ cứng bề mặt khoảng 62 HRC÷65HRC. Chiều dày lớp thấm tốt nhất trong khoảng lớn. Nếu chiều dày nhỏ hơn, khuôn chóng bị mòn, tuổi thọ thấp, nếu lớn quá cũng không tốt vì lớp thấm dễ bị bong tróc.
Thấm nitơ là giai đoạn cuối cùng trong sản xuất khuôn. Sau một quá trình làm việc, khuôn bị mòn đi hoặc sự đồng đều độ cứng trên bề mặt khuôn không đảm bảo làm giảm chất lượng sản phẩm. Vì vậy, sau một số chu kỳ vận hành, hoặc sau một số lượng sản phẩm nhất định (tùy theo hình dáng và kích thước chi tiết để định lượng sản phẩm), khuôn được phục hồi bằng cách chỉnh hình (nếu cần) và thấm nitơ lại.
3.5. Các chi tiết của bộ khuôn sau khi chế tạo xong
Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN DẬP BÁNH RĂNG TRÊN MÁY PHAY CNC
Như đã đề cập ở chương 3, các chi tiết: Chày, khuôn trên và khuôn dưới ta phải gia công trên trung tâm gia công CNC. Trong dưới hạn đề tài tôi xin trình bày phần gia công chi tiết khuôn dưới. Trước hết ta phải sử dụng các phần mềm CAD để thiết kế khuôn dưới và phần mềm CAM để biên dịch thành chương trình gia công và cuối cùng là gia công trên trung tâm gia công phay CNC.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều chương trình thiết kế như: AutoCAD, AutoDesk Inventor, Pro/ENGINEER, CATIA, … và phần mềm biên dịch CAM như: SnapCam, OmegaCam, Turbol speediCam, CIMATRON, ...
Với đề tài này tôi xin trình bày và ứng dụng phần mềm đồ hoạ AutoDesk Inventor 2012 và phần mềm biên dịch CIMATRON 7.0 để lập trình và gia công chi tiết trên trung tâm phay CNC.
4.1 Thiết kế chi tiết chi tiết khuôn dưới
- Ta tiến hành thiết kế chi tiết khuôn dưới trên phần mềm INVENTOR 2012
- Lưu file thiết kế ở đuôi .IGS để đưa vào phần mềm CIMATRON
Hình 4.2 Lưu file .IGS
4.2 Sử dụng phần mềm CIMATRON để lập trình gia công 4.2.1. Đưa chi tiết sau khi thiết kế vào phần mềm CIMATRON 4.2.1. Đưa chi tiết sau khi thiết kế vào phần mềm CIMATRON
4.2.2. Chọn máy và định nghĩa phôi
* Mở Cimatron và đưa chi tiết vào môi trường gia công
Hình 4.4 Chọn file chương trình cần gia công
Thiết lập quá trình gia công cho chi tiết
Trong phần này chúng ta có thể chọn được những loại máy phù hợp với chi tiết cần gia công:
1. Gia công chi tiết với 2.5 trục 2. Gia công chi tiết với 3 trục 3. Gia công chi tiết với 4 trục
Chọn gốc tọa độ trong phần Toothpath UCS Chọn mặt phẳng an toàn cho chi tiết gia công Sau khi hoàn thiện tất cả những bước trên ta chọn OK Bước khai báo phôi và nhận diện surface
Hình 4.7 Chọn dao
Lưu ý trong phần này ta cần phải đo dụng cụ cắt trước khi chọn dao gia công, mục đích để kiểm soát được lượng dư trong quá trình gia công.
Chọn chế độ cắt và chiến lược chạy dao cho dao phay thô F10 với lượng dư 0.3
Vc: Vận tốc cắt
Spin: Tốc độ quay của trục chính
Feed: Tốc độ dịch chuyển của bàn máy hay đầu máy Entry Feed: Tốc độ vào dao lúc chuẩn bị vào cắt Plunge Feed: Tốc độ xuống dao
Chọn chế độ cắt cho dao phay bán tinh F6 với lượng dư 0.3
Hình 4.9 Chọn chế độ cắt phay tinh F6
Hình 4.10 Chọn chế độ cắt phay tinh F3
Chọn chế độ cắt cho dao day tinh ball F1 R0.5
4.2.4. Mô phỏng trong Cimatron E7
Mô phỏng chương trình gia công thô F10
Hình 4.12 Mô phỏng chương trình gia công thô F10
4.2.5. Xuất chương trình NC
Xuất chương trình gia công fay thô F10
BEGIN PGM 1000 MM
;TOOL DEF 47 L+47 R+4.92 (Chỉnh sửa câu lệnh này bằng cách them dấu ; vào
đầu dòng lệnh)
; VOLUME MILLING-ROUGH SPIRAL ; No Text ; TOOL NAME: F9.84 TOOL CALL 3 Z S1000 L X-1.528 Y-3.581 FMAX L Z+50. FMAX M08 M03 M36 L Z+3. FMAX … … L Z+50. FMAX STOP M02 END PGM 1000 MM
Xuất chương trình fay bán tinh F6 và F3
BEGIN PGM 1000 MM ;TOOL DEF 49 L+49 R+2
; VOLUME MILLING-ROUGH PARALLEL ; No Text
; TOOL NAME: F3.98 TOOL CALL 49 Z S500 L X-17.1 Y-18.6 FMAX
L Z+50. FMAX M08
M03
M36 (Chỉnh sửa câu lệnh này thay M06 thành M36) L Z-1.254 FMAX L Z-3.254 F250. L Z-3.754 F75. L X-28.895 Y+0.0 L Z+50. FMAX STOP M02 END PGM 1000 MM
Xuất chương trình gia công fay tinh ball 1r0.5
;TOOL DEF 53 L+53 R+.975
; SURFACE MILLING-FINISH MILL BY LIMIT ANGLE ; No Text ; TOOL NAME: F1.95 TOOL CALL 53 Z S8000 L X+16.226 Y-7.668 FMAX L Z+50. FMAX M08 M03 M36 L Z-8.851 FMAX L Z-10.851 F500.
4.3. Gia công trên máy phay CNC
Sau khi xuất file NC ta tiến hành gia công trên trung tâm gia công CNC. Sau đây là một số hình ảnh gia công CNC.
Hình 4.13 Gia công trên máy CNC
Chương 5 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP TẠO HÌNH KHI DẬP BÁNH RĂNG
5.1. Giới thiệu phương pháp mô phỏng số.
Phương pháp mô phỏng nhằm mục đích nghiên cứu, phân tích và giải thích các quá trình xảy ra khi tạo hình vật liệu. Mô phỏng cho thấy được nhiều kết quả rõ ràng, qua đó có thêm những hiểu biết, nhận xét đúng đắn để góp phần tìm ra các giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình sản xuất.
Hiện nay, cùng với sự phát triển của xã hội, các phần mềm mô phỏng được ứng dụng rất nhiều như: ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP,
LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, Catia, dynaform, deform…các phần mềm mô phỏng sẽ được ứng dụng ở các lĩnh vực sản xuất khác nhau, tuỳ vào thế mạnh của từng phần mềm.
5.1.1. Mô phỏng số - “công nghệ ảo”
Mô phỏng số là sự kết hợp giữa mô hình quá trình và các phương pháp số giải mô hình quá trình đó. Gắn kết quả mô phỏng số với những điều kiện công nghệ cụ thể nhằm thực hiện tối ưu hóa quá trình công nghệ ta sẽ nhận được công nghệ ảo .
Mô phỏng số được thực hiện bằng nhiều phương pháp tính khác nhau như: phương pháp phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn, biến phân hoặc phần tử biên …Mỗi một phương pháp tính toán đều có những mặt mạnh riêng nhưng áp dụng phổ biến nhất để khảo sát các bài toán cơ học nói chung và các bài toán biến dạng tạo hình nói riêng là phương pháp phần tử hữu hạn bởi nó có thể giải quyết các bài toán với miền xác định bất kỳ và điều kiện biên phức tạp.
hiện trực tiếp thông qua giao diện người và máy nhằm tối ưu hóa công nghệ nên đã giảm đáng kể thời gian và chi phí. Mô phỏng số còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và cho phép áp dụng các vật liệu mới.
Hình 5.1 Ưu điểm của mô phỏng số
Theo phương pháp công nghệ truyền thống, để chế tạo một sản phẩm thì sau khi thiết kế phải tiến hành sản xuất thử. Khâu này thường phải làm đi làm lại nhiều lần cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu. Với phương pháp này việc thiết kế và chế tạo khuôn phải lặp đi lặp lại nhiều lần, gây tốn kém về thời gian và tiền của. Với mô phỏng số và công nghệ ảo, toàn bộ quá trình từ thiết kế, hiệu chỉnh đến tối ưu công nghệ đều được thực hiện trên máy tính. Do đó không phải tốn nhiều thời gian và tài chính, tăng hiệu suất tính toán thiết kế, chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh.
Mô phỏng được coi là một hướng phát triển của công nghệ cao bởi:
- Mô phỏng cho kết quả chính xác với sai số cho phép. - Giảm thời gian tính toán thiết kế.
- Lựa chọn các loại nguyên vật liệu hợp lý.
- Thuận tiện trong việc thay đổi mẫu mã, hình dáng sản phẩm.
Hình 3.2. Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô phỏng
Ngoài những ưu điểm trên, mô phỏng số còn cho ta nhiều kết quả mà bằng thử nghiệm khó biết được như trường phân bố ứng suất, biến dạng …Cũng như có thể dự đoán được các dạng hỏng có thể xảy ra để từ đó có những thay đổi hợp lý nhằm thực hiện tối ưu hóa quá trình. Đó là lý do vì sao ngày nay phương pháp mô phỏng số được xem là một công cụ tối ưu công nghệ phổ biến, hữu hiệu và được ưu tiên phát triển trong thiết kế phục vụ sản xuất cũng như trong nghiên cứu lý thuyết .
5.1.3. Tiến trình mô phỏng
Xuất phát từ yêu cầu về kiểu dáng, kích thước sản phẩm, ta đi xây dựng mô hình, hình học của phôi và khuôn mẫu để tiến hành gia công. Công việc này thường được thực hiện theo hai phương pháp:
Phương pháp 1: Xây dựng trực tiếp . Phương pháp 2: Xây dựng gián tiếp .
hình phức tạp hơn thì bắt đầu dựng từ các điểm cơ sở (keypoint), từ đó dựng thành đường, miền và khối thông qua các lệnh xử lý về đồ hoạ.
Ưu điểm của phương pháp này là toàn bộ dữ liệu của mô hình hình học của bài toán được đưa vào trực tiếp nên không có sai lệch khi chuyển đổi dữ liệu. Tuy nhiên đây là phần mềm tính toán chứ không phải là phần mềm chuyên dùng về đồ hoạ nên khi tạo những mô hình hình học phức tạp thường khó khăn hơn rất nhiều so với khi tạo mô hình này trong các phần mềm đồ hoạ chuyên dùng.
* Phương pháp 2
Xây dựng mô hình hình học từ những phần mềm thiết kế đồ hoạ chuyên dùng như SolidWork, Cad, Pro/Engineer, Catia…, rồi xuất sang phần mềm mô phỏng.
Phương pháp thứ 2 cho phép dựng được những mô hình rất phức tạp, nhưng trong quá trình chuyển đổi lại gây ra một số sai khác nhất định có thể do khả năng tương thích giữa các phần mềm đặc biệt rất khó điều khiển toạ độ cũng như tương quan vị trí.
Để tiến hành mô phỏng trước hết phải chia lưới các phần tử, thuộc tính vật liệu, đưa vào các điều kiện biên (chuyển vị, ma sát, nhiệt độ …). Máy sẽ tính toán quá trình tạo hình sản phẩm và đưa ra kết quả.
Qua việc xem xét trường phân bố ứng suất và biến dạng tại từng thời điểm, ta biết được một cách tương đối chính xác chi tiết có bị phá hủy trong quá trình biến dạng và kích thước hình học của sản phẩm có đảm bảo với yêu cầu hay không, từ đó thay đổi các thông số của quá trình một cách hợp lý sao cho kết quả cuối cùng là tối ưu. Tiếp theo có thể gia công khuôn mẫu dựa trên các thông số hình học sau khi mô phỏng và tiến hành sản xuất thử. Nếu thấy được mới đưa ra sản xuất hàng loạt.
Hình 5.3. Quá trình mô phỏng
Với mục tiêu là dập tạo hình chi tiết khớp nối chữ thập, nên có thể chọn phần mềm mô phỏng quá trình dập là phần mềm Deform.
Để có thể thực hiện việc mô phỏng được thuận lợi trước hết ta tìm hiểu phần mềm Deform.
(cán, kéo, dập, ép…) nhưng cũng có khả năng mô phỏng quá trình truyền nhiệt và đang được hoàn thiện thêm.
Deform cho phép nhập dạng thực hình học của các vật thể dưới dạng file *.STL ( với Deform 3D) và *.IGES ( với Deform 2D) là những dạng đuôi được tạo bởi những chương trình như SolidWorks hay Catia. Model của Deform có thể được tạo bởi SolidWorks, Catia hoặc convert từ Autocad. Định vị các phần tử trong mô hình Deform có thể thực hiện trực tiếp trên cửa sổ thao tác của chương trình này hoặc thông qua phần mềm trung gian Hypermesh của hãng Altair.
Giao diện Deform dễ sử dụng, chức năng phong phú (xem mặt cắt bất kỳ, xem ứng suất, biến dạng, xem quá trình xảy ra…) và mô phỏng sát thực tế. Vì vậy, Deform đã trở thành phần mềm được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành vật liệu. Sử dụng Deform phục vụ cho công tác nghiên cứu, thăm dò, giúp cho việc định hướng chế tạo khuôn mẫu dễ dàng và hiệu quả hơn, dự đoán và giải thích được nguyên