3.2.1. Thiết kế khuôn bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019
Để đảm bảo cho việc thiết kế ra được bộ khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nhóm đã sử dụng phần mềm Inventor 2019 để hỗ trợ trong việc mô hình hóa và xuất bản vẽ Autodesk Inventor là phần mềm xây dựng mô hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra
ý tưởng các sản phầm. Inventor tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chuẩn xác khối lượng, áp lực, độ ma sát, tải trọng,… của các đối tượng sản phẩm trong môi trường 3D. Các công cụ mô phỏng, phân tích được tích hợp trong Inventor cho phép người dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến nâng cao như thiết kế chi tiết máy, trực quan hóa sản phẩm. Inventor còn được tích hợp CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế nhằm nâng cao năng suất làm việc của CAD và giảm thiếu phát sinh lỗi, tiết kiệm thời gian.
Hình 3.9. Phần mềm Inventor Professional 2019
Những người đang hoặc sẽ sử dụng AutoCAD sẽ thừa hưởng được nhiều lợi ích của Inventor. Inventor cũng cấp một môi trường thiết kế và phím tắt tương tự với
AutoCAD, hỗ trợ tập tin DWG, cho phép người dùng chuyển từ vẽ 2D hiện hành sang xây dựng mô hình 3D. Inventor được sử dụng phổ biến trong tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, các mẫu được tạo ra từ bản vẽ 2D AutoCAD được tích hợp và các dữ liệu 3D, hình thành nên sản phẩm ảo. Bằng cách này, các kỹ sư có thể thiết kế, mô phỏng sản phẩm mà không phải tạo ra các mẫu vật lý. Người dùng có thể sử dụng các công cụ thiết kế 3D cơ khí trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mô hình thuận tiện và hiệu quả hơn. AutoDesk Inventor còn đưa ra các công cụ và tính năng khác nhằm nâng cao năng suất làm việc như: Integrated Data Management, Design Automation, Automatic Drawing Updates and Views, Automatic Bill of Materials,…
Chính vì những lợi ích đó, nhóm đã sử dụng phần mềm Autodesk Inventor làm công cụ hỗ trợ. 3.2.1.1. Tấm chặn dưới Hình 3.10. Tấm chặn dưới dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: 500x500x22mm - Số lượng: 1
Bảng 3.1 Phiếu công nghệ tấm chặn dưới TT Bước công nghệ 1 Phay cạnh bên 1 2 Phay cạnh bên 2 3 Phay cạnh bên 3 4 Phay cạnh bên 4 5 Phay 4 hốc ∅20 6 Phay lỗ
∅87×5 7 Phay lỗ ∅47.8 8 Khoan 4 lỗ ∅32 9 Khoan và ta-rô 16 lỗ M4 3.2.1.2. Tấm chặn trên Hình 3.11. Tấm chặn trên dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: 370x370x22 mm
- Số lượng: 1
Bảng 3.2. Phiếu công nghệ tấm chặn trên
TT Bước công nghệ 1 Phay cạnh bên 1 2 Phay cạnh bên 2 3 Phay cạnh bên 3 4 Phay cạnh bên 4 5 Phay lỗ bậc ∅87
6 Phay lỗ ∅47.5 7 Khoan 4 lỗ ∅32 8 Khoan và ta-rô 16 lỗ M4 3.2.1.3. Bạc lót ngoài Hình 3.12. Bạc lót ngoài dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngoài 89 mm, đường kính trong 68 mm, dài 252 mm.
- Số lượng: 1
Bảng 3.3. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài
TT Bước công nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngoài 3 Tiện trụ trong
3.2.1.4. Bạc tạo hình
Hình 3.13. Bạc tạo hình trơn Ø50 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngoài 72 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.
- Số lượng: 2
Bảng 3.4. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài
TT Bước
công nghệ
1 Vạt mặt
2 Tiện trụ ngoài 3 Tiện trụ trong Hình 3.14. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.
- Số lượng: 2
Bảng 3.5. Phiếu công nghệ bạc tạo hình Ø50 có góc vát
TT Bước
công nghệ
1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngoài 4 Tiện trụ trong 3 Tiện góc vát 22°
Hình 3.15. Bạc tạo hình trơn Ø58 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.
Bảng 3.6. Phiếu công nghệ bạc tạo hình trơn Ø58 TT Bước công nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngoài 3 Tiện trụ trong
Hình 3.16. Bạc tạo hình cắt đôi dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngoài 71 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.
Bảng 3.7. Phiếu công nghệ bạc tạo hình cắt đôi TT Bước công nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngoài 3 Tiện trụ trong 4 Cắt đôi chi tiết 3.2.1.5. Chày ép ∅ . Hình 3.17. Chày ép Ø47.8 dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: ∅50.5 mm, dài 502 mm. - Số lượng: 1 TT Bước công nghệ
đầu và khoan tâm 2 Tiện trụ ngoài 3 Cắt khúc
Bảng 3.8. Phiếu công nghệ chày ép Ø47.8
3.2.1.6. . Chày ép ∅
Hình 3.18. Chày ép Ø50 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 250 mm.
- Số lượng: 1
Bảng 3.9. Phiếu công nghệ chày ép Ø50
TT Bước công nghệ Loại dao Chế độ cắt f (mm/v) Ghi chú 65 1
2 3.2.1.7. Cây chống Hình 3.19. Cây chống dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: ∅20 mm, dài 501 mm. - Số lượng: 4
Bảng 3.10. Phiếu công nghệ cây chống
TT Bước công nghệ 1 Vạt mặt đầu 66
3.2.1.8. Viên chêm
Hình 3.20. Viên chêm dạng Wireframe
-Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: ∅47.8mm, dài 200mm
- Số lượng: 1
Bảng 3.11. Phiếu công nghệ viên chêm
TT Bước công nghệ 1 Cắt khúc 3.2.1.9. Bạc trượt tròn có vai - Số lượng: 8 Hình 3.21. Bạc trượt tròn có vai
3.2.1.10. Gối đỡ ray trượt
- Số lượng: 4
Hình 3.22. Gối đỡ ray trượt 3.2.1.11. Bu lông lục giác M5 - Số lượng: 40
Hình 3.23. Bu lông lục giác M5
3.2.2. Mô phỏng nguyên lý hoạt động bằng phần mềm Ansys 16 3.2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys 16
ANSYS là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế. Hầu hết các nhà đầu tư rất thích phần mềm phân tích kỹ thuật này so với những gì chúng làm được và số tiền họ phải bỏ ra.
Hình 3.24. Phần mềm Ansys 16
Phần mềm phân tích mạnh này giúp quá trình thiết kế kỹ thuật qua một cấp độ mới, không chỉ làm việc với những môi trường, thông số biến động, các hàm nhiều cấp bậc, mà còn hỗ trợ làm việc mang tính thích nghi với những mô hình kỹ thuật mới, nhưng công cụ CAE nhiều tính năng. Dĩ nhiên Ansys sẽ giúp nâng cao hiệu quả khi thiết kế, nâng cao tính sáng tạo, giảm bớt ràng buộc, hạn chế vật lý, thực hiện các bài kiểm tra mô phỏng mà không thể thực hiện trên những phần mềm khác.
3.2.2.2. Đặt giả thiết
- Phần bạc lót ngoài và bạc tạo hình ta xem như là một khối không di chuyển trong suốt quá trình tạo hình ống kim loại nên ta đặt những vật này là vật cứng tuyệt đối (Ridgid bodies)
- Ống kim loại chỉ biến dạng theo phương xy và cố định phương z, do trong suốt quá trình ép chày trên luôn tác dụng một lực vào đầu ống kim loại, làm cho chân ống luôn tiếp xúc với tấm chặn dưới
- Áp suất tác dụng lên thành ống: Giả sử ta dùng lực chày ép tối đa là 22 tấn, tác dụng lên vùng thể tích sao cho, vùng thể tích đó là vừa đủ để cho ống biến dạng hoàn toàn.
Hình 3.25. Diện tích mặt tối thiểu để ống biến dạng hoàn phần
Khi đó diện tích mặt vùng cần tính là: = 2 2 + 2 ℎ = 2 ∗ 47.82 + 2 ∗ 47.8 ∗ 86.24 = 40257 ( 2)
=
Hình 3.26. Điều kiện ban đầu 3.2.2.3. Kết quả mô phỏng
Hình 3.28. Sự phân bố biến dạng mẫu 1 (mm)
Hình 3.29. Kết quả mô phỏng mẫu 2
Hình 3.31. Kết quả mô phỏng mẫu 3
Hình 3.32. Sự phân bố biến dạng mẫu 3 (mm) Nhận xét:
- Khi áp dụng các điều kiện ban đầu, cả 3 mẫu đều đã biến dạng một cách tương đối.
- Ứng suất tập trung ở những góc vát và tăng dần ở những vùng biến dạng nhiều.
- Không có khuyết tật nào được tìm thấy, đặc biệt không có hiện tượng bị rách ở những góc vát.
Kết luận: Kết quả mô phỏng thuận lợi chứng tỏ việc thiết kế khuôn trước đó đã đặt được hiệu quả nhất định, sản phẩm mô phỏng ra không bị khuyết tật. Do đó nhóm quyết định sử dụng phương án thiết kế này và tiến hành gia công.
3.2.3. Tiến hành gia công và lắp ráp khuôn
Phần lớn các chi tiết gia công đều được nhóm thực hiện. Nhóm đã sử dụng những kiến thức đã học trong suốt 4 năm để tiến hành gia công, từ những nguyên vật liệu thô sơ, và ngay chính tại khu xưởng Việt Đức, nhóm cảm thấy rất tự hào vì được tự tay vận hành và thực hiện chính đồ án tốt nghiệp của mình. Cảm ơn thầy Công đã tạo cơ hội trong việc mượn những trang thiết bị cần thiết cũng như giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình gia công.
Sau đây là một số ảnh trong quá trình gia công. Ảnh thực tế của những chi tiết khuôn cũng đã được nhóm sử dụng ở những nội dung trên để tạo ra cái nhìn tổng quan nhất.
Hình 3.33. Phôi thô khi chưa qua gia công
Hình 3. 35. Các bạc tạo hình sau khi đã gia công xong
Hình 3.37. Tấm chặn trên
Hình 3.39. Bạc tạo hình trơn Ø50
Hình 3. 41. Bạc tạo hình trơn Ø58
Hình 3.43. Chày ép Ø47.8
Hình 3.44. Chày ép Ø50
Hình 3.45. Cây chống
Bảng 3.12. Bảng quy trình lắp ráp khuôn và ép thực nghiệm
Bước Hình ảnh minh họa
1
3 4 5 Lắp trục trượt xuyên qua các lỗ trên tấm chặn. Nâng 2 tấm chặn lên, sau đó gắn 4 cây chống để đỡ khuôn. Siết bu lông cố định cây chống với hệ thống ép.
6
7
Chuẩn bị bạc bạc lót ngoài, phôi và bạc
tạo hình phù hợp với chi tiết muốn ép.
Lắp bạc lót ngoài và bạc tạo hình với nhau, đảm bảo thứ tự bạc tạo hình được
8
9
Lắp phôi ống vào bên trong bạc tạo
hình. Lắp cụm chi tiết bạc lót ngoài-bạc tạo hình-phôi ống vào giữa tấm chặn trên và tấm chặn dưới. Quy trình ép có thể bắt đầu từ đây
3.3. Sản phẩm thực tế khi sử dụng khuôn tạo hình kim loại ống
Hình 3.47. Sản phẩm mẫu 1
Hình 3.49. Sản phẩm mẫu 3
Bảng 3.13. So sánh kết quả mô phỏng CAE và thực tế
Mẫu Mô phỏng
Toàn cảnh 1
2
3
Nhận xét:
- Các sản phẩm sau khi ép bằng khuôn do nhóm thiết kế và gia công nhìn chung có hình dạng khá giống so với kết quả mô phỏng.
- Cũng giống như mô phỏng, sản phẩm sau khi ép cũng không hề xuất hiện khuyết tật.
- Kích thước của sản phẩm thực tế gần gần so với mô phỏng, sự chênh lệch có thể do khi ép tối đa công suất của con đội thủy lực, áp suất sinh ra bên trong lòng phôi ống không lớn bằng so với khi mô phỏng. Nguyên nhân của sự chênh lệch áp suất giữa thực tế và mô phỏng là do lượng cao su thực tế khi ép rất khó để kiểm soát, do đó diện tích mặt thực tế sẽ không giống so với khi mô phỏng.
Kết luận: Kết quả thực tế cho thấy nhóm đã thành công trong việc mô hình hóa CAE bằng phần mềm Ansys 16.
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1. Các lỗi thường gặp khi thí nghiệm
Mục đích của việc thí nghiệm nhằm kiểm tra khả năng tạo hình kim loại của phương pháp. Đồng thời, nhằm tìm ra và hạn chế những lỗi thường gặp trong quá trình vận hành máy, bao gồm :
Lực ép tạo áp suất cho cao su chưa đủ để biến dạng hoặc quá lớn làm phôi bị rách hoặc oằn đầu
Sử dụng cao su kích thước không phù hợp, kẹt vô khoảng hở giữa chày và phôi
Lực ma sát giữa phôi và mặt trong của khuôn lớn hơn yêu cầu, cản trở quá trình bù kim loại vào vùng biến dạng
Hình 4.2. Sản phẩm bị lỗi do lực ma sát lớn giữa phôi và bạc tạo hình 4.2. Kết quả thí nghiệm và nhận xét
Các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và biến dạng của phôi được khảo sát đã được đề cập ở trên bao gồm :
Lực ép dọc trục từ chày để nén cao su, ký hiệu F(kN) Phần trăm cao su, ký hiệu %R (%)
Chiều dài insert, ký hiệu Li (mm)
Hành trình ép của chày L(mm) cho mẫu 1
Các thông số trên được khảo sát thông qua 2 giá trị là độ phình khoảng biến dạng (mm), ký hiệu ∆R, và chiều dài khoảng biến dạng (mm), ký hiệu ∆L.
4.2.1. Thông số lực:
Hình 4.3. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 1
Hình 4.5. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 3
- Độ phình ∆R tăng dần khi lực tăng lên. Đặc biệt, ∆R bắt đầu thay đổi đột ngột ở những giá trị lực xácđịnh, với mẫu 1 lực F>80 (kN), mẫu 2 với lực F>160(kN), và mẫu 3 lực F>220(kN).
- Cả 3 mẫu vẫn chưa đạt được độ phình max tại ∆R= 4mm, với F = 220(kN).
4.2.2. Thông số %R:
Hình 4.6. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 1
Hình 4.7. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 2
Hình 4.8. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 3
- Khi lượng cao su tăng, độ phình tăng không đáng kể, chủ yếu khoảng biến dạng tăng lên, đặc biệt mẫu 1 và 2 dễ nhận thấy.
- Ở mẫu 3, tuy có sự thay đổi nhưng không rõ ràng do chiều dài khoảng biến dạng trên khuôn nhỏ ∆L =20 mm. Trong khi mẫu 1 thì dài 85 mm, mẫu 2 dài 95mm.
4.2.3. Thông số Linsert:
Hình 4.9. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 2
Hình 4.10. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 3
- Thay đổi chiều dài insert ảnh hưởng đến khoảng tích áp cực đại của cao su rơi vào vùng nào của phôi. Nếu áp suất hình thành tại khoảng biến dạng khuôn cho phép thì ∆L sẽ càng lớn.
- Với chiều dài insert càng lớn, ta thấy ∆L có sự thay đổi ở cả 2 mẫu, đặc biệt là mẫu 3.
4.2.4. Thông số hành trình ép L của mẫu 1:
Hình 4.11. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của hành trình ép lên mẫu 1
Khi hành trình ép tăng lên thì lực ép tăng theo để thắng được lực ma sát giữa cao su và thành phôi, đồng thời áp suất tạo phình tăng theo làm biến dạng phôi nhiều hơn.
Cụ thể, với hành trình ép L=65mm, lực tương ứng là 100(kN), độ phình ∆R thay đổi đột ngột, và chiều dài biến dạng tăng lên gần bằng biến dạng toàn phần của mẫu 1.
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã học tập được những điều mới cũng như tiếp thu được tinh hoa của nhân loại để thực hiện đề tài tạo hình kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi. Bằng việc tìm hiểu các phương pháp nghiên cứu, sau đó là tổng hợp các kiến thức nền tảng cần thiết, nhóm đã đưa ra một chuỗi quy trình thực hiện từ việc lựa chọn những phương án thiết kế khuôn, lên bản vẽ kỹ thuật, mô phỏng bằng phần mềm CAE và sau cùng là tiến hành gia công. Từng bước thực hiện hiện đều được nhóm cân