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 nhân sai hỏng sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất.
5.2.1. Giao diện và vận hành phần mềm
Sau khi khởi động phần mềm, ta vào cửa sổ chính của phần mềm, cửa sổ này cũng là môi trường để cài đặt, hiển thị bài toán mô phỏng.
Hình 5.4. Giao diện chính của phần mềm Deform.
Thành phần hệ thống
Vùng đồ
Trên thanh công cụ có các nút lệnh hỗ trợ mô phỏng như:
Nút lệnh File: Bao gồm các thao tác với file dữ liệu và hỗ trợ chụp lại các ảnh. Nút lệnh Step: Cho ta xem lại các bước dập và quá trình mô phỏng.
Nút lệnh Display: Bao gồm các chức năng đo kích thước, thay đổi các chế độ quan sát mô hình.
Nút lệnh Tools: Cho ta biết các thông số về các bước dập, thời gian dập, lực dập, đồ thị biến dạng, đồ thị lực dập…
Sau đây, ta sẽđi tìm hiểu trình tự mô phỏng của phầm mềm
Cấu trúc phổ biến nhất của phần mềm DEFORM gồm 3 mô đun lớn:
- Tiền xử lý (preprocessing): Trong môđun này chúng ta tiến hành các bước như xây dựng mô hình cho phôi, chày cối, chọn kiểu phần tử, chọn mô hình vật liệu, chia lưới và điều khiển lưới, xác định kiểu tiếp xúc, cặp tiếp xúc.
- Giải bài toán/xử lý (Solution/Analysis): Trong môđun này chúng ta tiến hành đặt điều kiện biên và giải.
- Hậu xử lý (Postprocessing): Lấy và phân tích kết quả ở dạng tổng quát, phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị…
a. Mô đun tiền xử lý
Kích hoạt phần mềm Deform 3D V6.1 sau đó chọn mô đun tạo hình forming
(hình 5.6)và đặt tên cho chương trình chạy mô phỏng
Hình 5.6.Giao diện ban đầu của phần mềm Deform.
Dòng lệnh process Type: Cho ta các lựa chon chế độ nhiệt khi dập: chế độ dập nguội, dập nửa nóng, dập nóng và sự truyền nhiệt. (Hình 5.7).
Tiếp đến là các lựa chọn về mức độ phức tạp của hình dạng mô phỏng - Shape Complexity, lựa chọn thể hiện cả mô hình (Whole part) hoặc một nửa đối xứng của mô hình ( Symmetry).
Number of objects: cho phép chọn đến một phôi và nhiều khuôn/ chày ép
(Hình 5.8).
Nhập thông số nhiệt độ cho phôi dập (Tremperature): thông số này phải tương ứng với lựa chọn chếđộ nhiệt khi dập từ đầu.
Nhập mô hình, hình học cho phôi (Import geometry) từ file đã được lưu sẵn từ trước dưới dạng đuôi .stl (Hình 5.9).
Định kiểu phần tử và chia lưới phần tử: để tính toán trường phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị hay nhiệt độ bằng phương pháp phần tử phần tử hữu hạn cần thiết phải chia lưới phần tử hữu hạn. DEFORM có khả năng chia lưới và điều khiển lưới một cách dễ dàng sau khi xây dựng mô hình hình học. Có hai cách thường được sử dụng để chia lưới trong DEFORM :
- Chia lưới theo kiểu tứ diện (tetrahedral mesh). - Chia lưới theo kiểu xếp gạch (brick mesh).
Ta có thể lựa chon số phần tử tuỳ vào kích cỡ phôi, phần mềm cho phép chia từ 1000÷100.000 phần tử. Khi chon số phần tử xong, ta chon Advanced để biết kích cỡ nhỏ nhất của một phần tử và xem bề mặt lưới để biết chọn số phần tử như vậy đã thích hợp haychưa.
Nhập vật liệu cho phôi: DEFORM cung cấp một thư viện các mô hình vật liệu ứng dụng trong các bài toán khác nhau và các thông số để cài đặt mô hình vật liệu mới.(Hình 5.10).
Hình 5.10. Thư viện các loại vật liệu của phần mềm.
Bài toán tiếp xúc: Trong quá trình thực hiện biến dạng luôn có sự tiếp xúc giữa vật liệu và dụng cụ gia công. Vì vậy phải nghiên cứu các mô hình tiếp xúc có trong phần mềm DEFORM.
Một điều quan trọng trong đặt các thông số tiếp xúc là các điều kiện biên, bài toán chỉ được giải chính xác khi ta đặt các điều kiện biên đúng với thực tế.
b. Mô đun giải
Mô đun này cho phép giải bài toán mà ta đã cài đặt trong tiền xử lý. Quá trình giải bài toán hoàn toàn được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính.
Mô đun hậu xử lý cho phép hiển thị kết quả dưới dạng:
- Các đường mức (thể hiện sự thay đổi ứng suất, biến dạng, nhiệt độ…)
Hình 5.11. Biểu đồ lực dập
- Biến dạng (mức độ và phân bố biến dạng dưới tác dụng của tải trọng).
Hình 5.12.Phân bố lưới biến dạng
- Véc tơ (véc tơ chuyển vị, xoay, dòng chảy kim loại..) +Phản lực.
Trong quá trình dập, dưới tác dụng của lực dập kim loại sẽ được điền đầy vào lòng khuôn dập, hướng chảy của kim loại được thể hiện bằng các mũi tên trên hình 3.13. Những vị trí tập trung nhiều mũi tên thể hiện kim loại bị dồn chảy nhiều vào đó.
Hình 5.13. Dòng chảy của kim loại
Sau khi mô phỏng ta có thể lấy ra được các giá trị để phân tích và so sánh phương pháp nào là tối ưu nhất khi nhập các thông số đầu vào là khác nhau. Từ đó ta có thể áp dụng vào thực tế sản xuất.
Mở phần mềm, File New Next Browse chọn đường dẫn NextĐặt tên file Finish.
Giao diện Deform hiện lên như sau:
Hình 5.14. Giao diện Cài đặt Deform
Chọn Geometry sau đó chọn Import GEO, chọn đường dẫn đến file *.DXF để nhập phần tử mô hình vào.
Mô hình gồm có chày( Top Die), cối ( Bottom Die), chặn ( Holder), phôi (Workpice) Sau khi nhập các phần tử ta có mô hình mô phỏng như sau:
Hình 5.15. Nhập mô hình 3D cho phôi
Các thông số ban đầu: Temperature 7000C, phôi chọn Plastic còn die, punch và binder chọn rigid (cứng tuyệt đối).
Sau khi nhập mô hình ta cần kiểm tra hình học của các phần tử trong mô hình.Phần mềm sẽ giúp ta sửa những lỗi trên các phần tử nhập vào. Mỗi lần nhập