Ch−ơn g
3.3.3. Mô phỏng hoá quá trình biến dạng, chọn các thông số công nghệ tối −u
a) Xây dựng mô hình hình học và các điều kiện biên của bài toán
Bài toán cần xây dựng là bài toán miết ống trụ, các thông số công nghệ đ−ợc đ−a ra nh− các điều kiện biên là đ−ờng kính trục miết (cốt miết), chiều dày ban đầu phôi miết, chiều dày miết, b−ớc miết, đ−ờng kính con lăn miết, bàn kính l−ợn đầu con lăn miết…
Với các điều kiện biên đã cho, tính toán để xác định tr−ờng ứng suất-biến dạng của vật liệu trong quá trình gia công. Từ đó làm cơ sở cho việc phân tích, đánh giá khả năng phá huỷ của vật liệu tại các vị trí có ứng suất nguy hiểm và tìm ra các thông số công nghệ tối −u cho quá trình biến dạng.
Sơ đồ miết cho ở hình sau (hình 3.17).
n’
Hình 3.17: Sơ đồ, thông số hình học khi miết ống
Trong đó:
Dm - Đ−ờng kính con lăn miết. Rm - Bánkính l−ợn đầu con lăn miết. d - Đ−ờng kính trục miết.
H0 – Chiều dày ban đầu phôi miết. h – Chiều dày phôi sau miết. s – B−ớc miết (l−ợng nén dọc).
Các thông số công nghệ cụ thể cho quá trình miết cho ở bảng sau (bảng 3.19). Bảng 3.19 TT Dm rm d H0 h s t 1 170 3 66 2,5 1,5 0,2 1 2 170 3 66 2,5 1,5 0,3 1 3 170 3 66 2,5 1,5 0,6 1
Vật liệu sử dụng là hợp kim nhôm 2024 có ứng suất chảy: σs=35kG/mm2
b) Xây dựng sơ đồ thuật toán, lập ch−ơng trình tính toán quá trình biến dạng
Hình 3.18: Sơ đồ thuật toán
Bắt đầu Nhập dữ liệu Chọn ổ biến dạng tính toán Thiết lập tr−ờng tốc độ cơ sở Kiểm tra Tính tr−ờng ứng suất-biến dạng Phân tích đ/k dẻo-phá huỷ Phân tích kết quả thu đ−ợc
Kiểm tra đ/k tối −u
Thay đổi số liệu mới Xuất kết quả
Với yêu cầu đầu bài đặt ra là tính toán tr−ờng ứng suất biến dạng của vật liệu trong ổ biến dạng khi miết ống trụ, một số phần mềm có khả năng thực hiện đ−ợc điều này, tuy nhiên hiện nay trong tính toán, mô phỏng tr−ờng ứng suất biến dạng thì phần mềm thông th−ờng đ−ợc sử dụng là ANSYS. Nhóm đề tài đã xây dựng và lập ch−ơng trình tính toán quá trình biến dạng miết bằng ngôn ngữ ANSYS 7.0.
c) Phân tích kết quả sau khi chạy ch−ơng trình
Để hiểu rõ hơn bản chất qúa trình biến dạng khi miết mỏng thành, ta tiến hành mô phỏng số bài toán trên. Nh− đã biết, miết mỏng thành là một bài toán phức tạp (biến dạng cục bộ, dụng cụ và phôi vừa có chuyển động quay, vừa chuyển động tịnh tiến…), do vậy mô phỏng chúng gặp rất nhiều khó khăn. Hiện nay, ở các n−ớc công nghiệp tiên tiến, để mô phỏng chúng, ng−ời ta th−ờng dùng phần mềm mô phỏng chuyên dụng. Những phần mềm này th−ờng rất đắt. Do điều kiện hạn chế, nhóm đề tài đã sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng, vì vậy các kết quả thu đ−ợc chỉ cho thấy phần nào bản chất của quá trình miết mỏng thành.
Tuy nhiên, để mô phỏng, nhóm đề tài đã mô hình hóa bài toán trên với các giả thiết sau:
- Chỉ xét quá trình miết tại một vị trí với một chiều sâu ép t và b−ớc đ−a phôi s cho tr−ớc.
- Coi vật liệu dụng cụ là tuyệt đối cứng, tiếp xúc giữa dụng cụ và vật liệu là lý t−ởng (không có ma sát)
- Vật liệu chỉ biến mỏng đ−ờng kính ngoài, đ−ờng kính trong coi nh− không tháy đổi.
- Mô hình vật liệu: Sử dụng mô hình vật liệu đàn dẻo lý t−ởng, không có biến cứng. - Điều kiện biên: Sử dụng điều kiện đặt tải theo chuyển vị. Giá trị của chuyển vị là b−ớc miết s.
Do điều kiện hạn chế, nhóm đề tài chỉ tiến hành mô phỏng miết mỏng thành với b−ớc miết s khác nhau, cụ thể với mỗi vật liệu nhôm và thép, đã khảo sát với các giá trị s=0,2; 0,3 và 0,6 mm.
Hình 3.19: C−ờng độ ứng suất khi s=0,2 mm
* Nhận xét:
Các kết quả thu đ−ợc từ mô phỏng quá trình miết mỏng thành chi tiết dạng ống đã phần nào cho thấy đặc điểm biến dạng của ph−ơng pháp này.
Vùng ổ biến dạng khi miết: Các kết quả mô phỏng cho thấy ổ biến dạng khi miết phụ thuộc rất lớn vào các thông số công nghệ (b−ớc miết s, chiều sâu miết t) cũng nh− yếu tố hình học (chiều dày ống, kích th−ớc của dụng cụ)… Cụ thể, với những giá trị b−ớc miết khác nhau, khi miết vật liệu nhôm với s = 0,2mm, ổ biến dạng hầu nh− ch−a xuất hiện (σeqvmax khi dập nhôm = 0,194.109 Pa = 194 MPa trong khi σs = 350 MPa). Khi b−ớc đ−a phôi tăng, diện tích ổ biến dạng tăng lên, đồng thời c−ờng độ ứng suất tăng lên đáng kể. Khi miết vật liệu nhôm với s=0,3mm, σeqvmax = 243 MPa, tuy nhiên giá trị này vẫn ch−a v−ợt qua giới hạn chảy của vật liệu, hay vật liệu vẫn chỉ nằm trong biến dạng đàn hồi. Nh−ng với s=0,6 mm thì σeqvmax = 534 Mpa, lớn hơn giới hạn chảy. Điều này có nghĩa vật liệu ở trong vùng ổ biến dạng đã chuyển sang biến dạng dẻo. Đồng thời diện tích ổ biến dạng đã tăng lên đáng kể. Ta cũng thấy rằng, ra khỏi vùng ổ biến dạng, c−ờng độ ứng suất trong phôi khá nhỏ, điều này có nghĩa đây chỉ là vùng biến dạng đàn hồi.
Một điều cần đ−ợc quan tâm nữa khi miết đó là lực tác dụng vào dụng cụ (con lăn miết), bởi vì, nếu lực tác dụng vào dụng cụ lớn hơn giới hạn đàn hồi của vật liệu, sẽ làm cho dụng cụ biến dạng, và nh− vậy sẽ không thể thực hiện quá trình miết. Các kết quả mô phỏng cho thấy, c−ờng độ ứng suất trong dụng cụ phụ thuộc rất nhiều vào các thông số công nghệ cũng nh− các yếu tố hình học khi miết. Khi b−ớc miết tăng, lực tác dụng lên dụng cụ tăng, mà biểu hiện là c−ờng độ ứng suất trong dụng cụ tăng. Cụ thể: Khi miết với vật liệu là hợp kim nhôm, c−ờng độ ứng suất lớn nhất σeqvmax trong con lăn với từng giá trị của b−ớc miết s = 0,2; 0,3 ; 0,6 mm lần l−ợt là 129 MPa; 213 MPa và 400 MPa; còn khi miết vật liệu thép với các b−ớc miết t−ơng tự thì σeqvmax = 367; 635 và 788 MPa. Ta thấy, với cùng giá trị b−ớc miết và các thông số hình học, c−ờng độ ứng suất cực đại trong dụng cụ khi miết thép lớn hơn rất nhiều khi miết nhôm. Tuy vậy, các giá trị này đều nhỏ hơn giá trị giới hạn chảy của vật liệu dụng cụ (các con lăn miết th−ờng đ−ợc làm từ thép hợp kim dụng cụ, có nhiệt luyện nên giới hạn bền th−ờng lớn hơn 1100 MPa). Điều này có nghĩa vật liệu dụng cụ không bị phá hỏng khi miết với những b−ớc miết đã đ−ợc khảo sát.
Đồng thời, các kết quả mô phỏng cũng đã cho ta thấy bức tranh tổng thể của phân bố tr−ờng ứng suất – biến dạng khi miết mỏng thành. Điều này phần nào đã làm rõ bản chất của ph−ơng pháp công nghệ này.
Do điều kiện giới hạn, nhóm đề tài mới chỉ khảo sát đ−ợc sự ảnh h−ởng của b−ớc miết s tới quá trình biến dạng khi miết mỏng thành. Qua những kết quả này, ta cũng có thể dự đoán đ−ợc ảnh h−ởng của các thông số hình học và công nghệ tới quá trình biến dạng đó.
Tuy nhiên, các kết quả mô phỏng này còn một số hạn chế, đặc biệt đã bỏ qua một số các yếu tố quan trọng khi miết nh− ch−a khảo sát bài toán trong mô hình 3D, ch−a tính đến tốc độ quay, vật liệu dụng cụ là tuyệt đối cứng… Đây là các vấn đề rất phức tạp, cần có những nghiên cứu khảo sát sâu hơn với những phần mềm chuyên dụng. Tuy vậy, với các kết quả mô phỏng ở trên đã làm cơ sở cho việc tính toán công nghệ trong quá trình xây dựng QTCN chế tạo vỏ động cơ R70, làm căn cứ cho tính toán lực, mômem làm việc của thiết bị.