Nhận xét: Từ kích thước mơ phỏng xem như khơng hở và dựng lại trên mơ phỏng
thì kích thước phơi ngắn hơn kích thước phơi dự tính ban đầu là 15mm (như hình dưới) nên điều chỉnh lại kích thước phơi ban đầu lên là 400mm.
Nguyên nhân: Tính tốn ban đầu bị sai (chủ yếu) cộng thêm sự giảm kích thước của
Hình 4. 8 Kích thước chênh lệch của phơi sau mơ phỏng so với phôi thiết kế Điền đầy khuôn
Phôi bị hở một số vị trí như hình dưới nên khó dựng lại phơi để tiến hành mô phỏng bước tiếp theo. Cần điều chỉnh phơi và hình dạng khn.
Hình 4. 9 Một số vị trí khơng điền đầy của khn
4.4.3 Điều chỉnh thiết kế
Thay đổi kích thước phơi ban đầu và kiểu phơi sau bước 1
Tăng kích thước phơi ban đầu lên 15mm như hình 4.8. 58
Chương 4: Mơ phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Thay đổi hình dạng phơi sau bước dập 1 như hình 4.10.
Hình 4. 10 Kích thước phơi sau điều chỉnh
Kết quả mơ phỏng sau khi điều chỉnh
Kích thước tổng thể: Chiều dài phơi 374.72mm gần bằng với kích thước
mong muốn điều chỉnh là 374.06mm.
`
Hình 4. 11 Kích thước của phơi sau mơ phỏng (phơi điều chỉnh) Đường kính của phơi sau khi biến dạng.
Bảng 4. 2 Kích thước của phơi tại một số vị trí cắtVị trí cắt Vị trí cắt Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Nhận xét:
Kích thước chung của phôi hợp lý, chiều dài đúng với dự kiến.
Bước mơ phỏng thứ 2 thì kích thước phơi tạo vị trí 3-4 gần như khơng đổi nên
để dễ dàng dựng lại phơi thì ta lấy kích thước trung bình của phơi bước là: 13.1 mm trên tồn bộ phơi.
4.5 Mô phỏng bước 2
4.5.1 Điều kiện mô phỏng (Thông số đầu vào)
Kích thước của phơi: kích thước phơi được lấy như mơ phỏng 1, đường kính được
lấy trung bình trên tồn phơi là 13.1mm.
Nhiệt độ ban đầu trước mô phỏng:
Nhiệt độ ban đầu của phôi trước khi mô phỏng bước 2 là: 1010°C, giả sử thời gian chuyển từ bước 1 sang mơ phỏng bước 2 là 5 giây thì nhiệt độ trung bình của phơi trước khi mơ phỏng bước 2 là: 928°C.
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Hình 4. 13 Nhiệt độ của phơi trong giai đoạn chuyển tiếp bước 1, 2 Bảng 4. 3 Điều kiện mô phỏng của khuôn 2
Điều kiện Vật liệu Nhiệt độ Chia lưới Hệ số ma sát với phôi Hệ số truyền nhiệt với phôi (N/sec/mm/s) Hệ số truyền nhiệt môi
trường (N/sec/mm/s) Khoảng cách di chuyển
(mm)
Số bước mô phỏng Nhiệt độ môi trường
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Kích thước phơi theo phương ox và oz như bảng dưới: (vì phơi có tính đối xứng nên các kích thước chỉ xét 1 phần của kết quả mơ phỏng):
Hình 4. 14 Một số vị trí cắt của phơi Bảng 4. 4 Kích thước của phơi tại một số vị ví cắt
Vị trí cắt
Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3
Nhận xét:
Từ kết quả mơ phỏng: Ta thấy phơi chảy q nhiều, làm đường kính phơi giảm rất nhiều nên không đảm bảo yêu cầu chất lượng cần thay đổi thiết kế bước này.
Hình 4. 15 Hình dạng của khn dưới 2
Chiều cao tại vị trí tạo hình ảnh hưởng nhiều đến việc chảy của phơi, chiều cao vị trí 1 q bé thì phơi theo phương ngang khơng đúng kích thước; chiều cao càng cao thì khi phôi bị uốn bởi khuôn trên và đi xuống, phôi sẽ bắt đầu tạo hình giữa vị trí 2 sẽ làm cho lực căng T bên đường thẳng thứ 1 xuất hiện. Càng đi xuống lực kéo T càng tăng làm cho việc phôi di chuyển từ đường thẳng thứ 1 sang đường thẳng 2 càng khó khăn. Vì vậy, khn trên càng đi xuống thì lực tác dụng lên đường thẳng thứ nhất càng lớn nên sinh ra đường tiết diện bị thắt lại như hình.
Hệ số ma sát cũng ảnh hưởng đến quá trình phần kim loại di chuyển từ đường thứ 2 sang đường thứ nhất.
Vì vậy, thiết kế khn dưới cần có giải pháp để giảm chiều cao 1 tối đa nhưng vẫn đảm bảo kích thước khơng bị giảm q nhiều.
4.5.3 Thay đổi thiết kế và mô phỏng lại:
- Việc tạo hình của phần 2 sẽ được thay đổi bằng những cánh tay có thể xoay. Khi có tác động của lực của khuôn trên đi xuống và làm xoay trục.
- Thiết kế và tính tốn thời gian xoay của trục xoay dựa vào mơ phỏng
- Kích thước sơ bộ từ tâm xoay đến phơi của tay là 250mm và tạo góc nghiêng 10° so với mặt phẳng nằm ngang (như hình dưới).
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Hình 4. 16 Điều chỉnh thiết kế khn 2 Bảng 4. 5 Thông số mô phỏng khuôn 2 điều chỉnh
Điều kiện Vật liệu Nhiệt độ Chia lưới Hệ số ma sát với phôi Hệ số truyền nhiệt với
phôi (N/sec/mm/s) Hệ số truyền nhiệt môi trường (N/sec/mm/s) Khoảng cách di chuyển (mm)
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Nhiệt độ mơi trường 35°C
So sánh kích thước phơi với các kết cấu tạo hình khn trên khác nhau
Phương án điều chỉnh 1:
Khn trên có hệ số ma sát là 0.3 (Vị trí tạo hình khơng xoay được).
Hình 4. 17 Thiết kế đầu tạo hình khn trên phương án 1
Kết quả: Kích thước mặt cắt của phơi theo các phương của khu vực nhỏ nhất: (11.60,
Phương án điều chỉnh 2:
Phần khn kht tại vị trí sâu 1mm (Nếu kht sâu hơn sẽ khơng lấy được phơi sau khi hồn thiện), hệ số ma sát được thiết kế theo kiểu ổ trượt nửa ướt (hệ số ma sát: 0.15):
Hình 4. 19 Thiết kế đầu tạo hình phương án 2
Kết quả: Kích thước mặt cắt của phơi theo các phương của khu vực nhỏ nhất: (11.68,
12.92mm).
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Hình 4. 20 Tiết diện nhỏ nhất của phôi theo phương án 2Phương án điều chỉnh 3: Phương án điều chỉnh 3:
Kết cấu điều chỉnh dạng tròn trơn, thiết kế dạng ổ trượt nửa ướt (hệ số ma sát 0.15mm).
Hình 4. 21 Thiết kế đầu tạo hình theo phương án 3
Kết quả mơ phỏng: Kích thước mặt cắt của phơi theo các phương của khu vực nhỏ nhất: (9 11.90, 12.97mm).
Hình 4. 22 Tiết diện nhỏ nhất theo phương án 3
Nhận xét: Dựa vào 3 kết quả điều chỉnh hình dạng và hệ số ma sát của khn trên thì
phương án 3 đảm bảo kích thước phơi chảy ít, tiết diện đảm bảo nhất. Kết quả mô phỏng của khuôn theo phương án 3 là tốt nhất:
Kết quả chi tiết mô phỏng bước 2 (theo phương án 3)
Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình của phơi sau hồn thiện bước 2 là 779°C.
Hình 4. 23 Nhiệt độ của phôi sau bước dập 2
Nhận xét: Nhiệt độ trung bình của phơi 779°C nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để rèn tiếp
bước tiếp theo (850°C) nên xem xét đến nâng nhiệt của phôi. 68
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Kích thước chung:
Hình 4. 24 Kích thước bên ngồi của phơi
Nhận xét: Kích thước phơi theo phương Z có độ lệch khơng q lên (1.49mm) nên xem
như phôi nằm ngang.
Tiết diện:
Bảng 4. 6 Kích thước tiết diện của chi tiết tại một số chi tiết
Đường thẳng thứ nhất Vị trí cắt Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Vị trí 5
Nhận xét: Qua một số mặt cắt của phơi sau khi dập kích thước phương án này cải thiện
khá nhiều tăng đáng kể, kích thước phơi nhỏ nhất là 11.92mm, tuy nhiên tiết diện theo phương vng góc cịn lại vẫn khá đảm bảo (12.75mm).
Vậy phôi dập bước 3 được dựng trên solidwork dựa trên tiết diện các mặt cắt
Hình 4. 26 Phơi cho bước dập 3
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
4.6 Mô phỏng bước 3
4.6.1 Điều kiện mơ phỏng (Thơng số đầu vào)
Kích thước của phơi: lấy từ mô phỏng 2.
Nhiệt độ của bước 2 giảm thấp hơn nhiệt độ cho phép (850°C) để dập nóng nên cần nung lên nhiệt độ 900°C.
Bảng 4. 7 Điều kiện vào của khuôn dập bước 3
Hệ số ma sát với phôi Hệ số truyền nhiệt với phôi Hệ số truyền nhiệt với môi
Tốc độ di chuyển (mm/s) Khoảng cách di chuyển so
Số bước mô phỏng Nhiệt độ môi trường (°C)
4.6.2 Kết quả mô phỏng
Dựa vào kết quả mô phỏng khác nhiều giữa 2 thiết kế (khn trên khơng kht rãnh tạo hình và có). Thì 2 kết quả của phơi sau khi hồn thiện có tiết diện nhỏ nhất tương đương nhau. Nhưng xét về tiết diện của phơi có tiết diện trịn đều hơn thì khn có rãnh hợp lý hơn.
Chương 4: Mơ phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Hình 4. 27 Kích thước nhỏ nhất khn trên khơng rãnh tạo hình
Hình 4. 28 Kích thước nhỏ nhất của khn trên có rãnh tạo hình
Kết quả mơ phỏng khn tạo rãnh
Kích thước chung
Bảng 4. 8 So sánh một số kích thước so với sản phẩm mục tiêu
Kích thước Thiết kế Sau khi rèn
Đánh giá
Kích thước của phơi tại nữa chi tiết bị thiếu 1 đoạn 2.51mm nên điều chỉnh kích thước phơi tại vị trí này tăng thêm đến kích thước tương ứng.
Hình 4. 29 Thiếu kích thước trong khn
Nhận xét: Kích thước của phơi gần như phù hợp với thiết kế ban đầu nhưng phần
cong bên trong thiếu 2.51mm không đạt yêu cầu sai số nên điều chỉnh cung cong thêm 2.5
am để đảm bảo thiết kế.
Tiết diện của phôi:
Bảng 4. 9 Kích thước của của chi tiết cuối cùng
Vị trí Vị trí 1 Vị trí 2
Chương 4: Mơ phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Vị trí 3 13.19mm
Vị trí 4 12.84mm
Hình 4. 30 Vị trí cắt sản phẩm
Nhận xét: Dựa vào bảng 4.9 đường kính của một số vị trí mặt cắt có kích thước
giảm q mong muốn so với kích thước yêu cầu đặt ra (13±0.3mm).
Điều chỉnh hình dạng phơi ban đầu
Phơi dập sau bước 1
Hình 4. 32 Kích thước phơi u cầu sau bước 2
4.7 Đánh giá thiết kế
Qua nhiều lần mô phỏng, ta nhận thấy rằng: Nếu thay đổi mơ hình hình học hay điều kiện biên thì nhận được kết quả khác nhau. Vì vậy, việc chọn ra phương án tối ưu tốn khá nhiều thời gian để thiết kế khuôn và chạy mô phỏng.
Tiết diện phôi khi gia công không những bị chảy do q trình uốn cong mà cịn bị chảy do lực ma sát giữa khn với phơi. Ma sát càng lớn thì phơi bị chảy càng nhiều.
Phần tiết diện tiếp xúc với phơi càng nhỏ thì làm cho kích thước của phơi càng giảm. Nhìn chung, so sánh với các kích thước của sản phẩm sau dập đều nằm trong khoảng sai số cho phép. Tuy nhiên, đường kính phơi tại một số khu vực giảm hơn mong muốn ban đầu (13±0.3mm). Tuy điều chỉnh thiết kế khn, các thơng số có lợi để giảm sự sai lệch kích thước đường kính nhưng vẫn chưa hiệu quả. Kích thước đường kính tại khu vực nhỏ nhất khoảng 12.03mm.
Từ những kết quả trên cho thấy, việc sử dụng phần mền mô phỏng là bước đi đúng đắn để kiểm tra thiết kế công nghệ. Nhờ vào phần mền mơ phỏng, ta có thể dự đón được khả năng thực hiện q trình, từ đó đưa ra các phương pháp xử lý và khắc phục kịp thời.
Chương 4: Mô phỏng bằng phần mềm deform-3D và điều chỉnh thiết kế
Từ đó phần mềm mơ phỏng, giảm có thể đón được các phương án bất khả
chi phí xây dựng và thử nghiệm cơng nghệ mới. Ta thi và loại bỏ trước, tiết kiện tiền và thời gian.
Ngun nhân:
Hình 4. 33 Kích thước chiếu cạnh thiết kế ban đầu
Bán kính dưới 15mm nhỏ hơn hai cung còn lại là 120mm và 40mm nên diện tích tiếp xúc nhỏ làm cho phơi bị lún sâu hơn. Đồng thời tại vị trí này, phơi chịu tác động của lực kéo làm phơi giảm kích thước do ma sát. Làm cho tiết diện khu vực này giảm nhiều so với các khu vực còn lại.
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
Luận văn thực hiện đầy đủ nhiệm vụ và yêu cầu đặt ra ban đầu. Bắt đầu từ đưa ra cơ sở lý thuyết, phân tích chi tiết cần dập và tính tốn số liệu ban đầu dự kiến của phơi. Q trình mơ phỏng và điều chỉnh thiết kế, đưa ra các giả thuyết để điều chỉnh thiết kế khá nhiều nhằm tạo ra phơi có kích thước phơi hiệu quả nhất. Tuy nhiên, chúng ta cần kiểm tra lại nhiều lần để đưa vào thực tiễn để sản xuất.
Các thông số thiết kế ban đầu và mô phỏng sai số khá nhiều, từ phôi ban đầu cho đến các bước tiếp theo. Lý thuyết tính tốn dựa trên hình dạng của phơi, khơng đánh giá được quá trình chảy của chi tiết (ảnh hưởng bởi ma sát, tốc độ biến dạng của phơi). Vì vậy, việc ứng dụng phần mềm mơ phỏng đem lại nhiều lợi ích lớn, đánh giá được các hiện tượng có thể xảy ra của phơi trong thơng số thiết kế khác nhau. Từ đó, nhất là chi tiết sản xuất lần đầu để đưa ra kết quả tốt nhất và dự đốn các trường hợp có thể xảy ra để có biện pháp ngăn ngừa.
Sản phẩm kẹp cuối cùng có vài khu vực tiết diện có đường kính khơng đảm bảo với thiết kế ban đầu đề ra.
Công việc thiết kế và mô phỏng luôn luôn song hành nhằm hỗ trợ lẫn nhau để cho kết quả tối ưu và thời gian ngắn nhất.
5.2 Kiến nghị
Trong luận văn này, lần đầu em tiếp xúc nên còn nhiều bỡ ngỡ về phần mềm và định hướng ban đầu nên tốn nhiều thời gian trong mơ phỏng. Vì vậy, cần nghiên cứu thêm để tối ưu thời gian mô phỏng sao cho hiệu quả, đặc biệt là đối với chi tiết phức tạp.
Cần tìm giải pháp tốt hơn để tối ưu hóa tiết diện của phơi khi dập, cũng nhue là dựng lại phơi để có các bước mơ phỏng tốt hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] American-Rails.com: Railroads In America, U.S. History
https://www.american-rails.com/spike.html
[2] Agico Group: More about Rail fastening system
http://www.railway-fasteners.com/news/more-about-rail-fastening-system.html
[3] Aveng Infraset: Pandrol Fastclip
https://www.infraset.co.za/products/railway-products/fastening-systems/pandrol- fastclip
[4] Railsystem.net: Everything about rail system
http://www.railsystem.net/rail-fastenings/
[5] Hebei yisin fastener co.t.l: Rail fastening systems
http://www.jzyxfastener.com/rail_fastening_systems/581.html
[6] https://www.infraset.co.za/products/railway-products/fastening-systems/pandrol-
fastclip
[7] Trang vàng Việt Nam. Com: Dịch vụ thiết kế rèn, dập
https://trangvangvietnam.com/sp/4699/dich-vu-ren,-dap-nong---forging.html
[8] Nguyễn Ngọc Hà. Tài liệu giảng dạy Trường đại học Bách Khoa
[9] Shanghai Yueqi Industrial Co., Ltd :P50 50kg railway steel rail
[10] GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Ngơ Trí Phúc. Sổ tay thép thế giới. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, năm 2006 (trang 323,324)
[11] Lê Trung Kiên, Lê Gia Bảo. Thiết kế và chế tạo khuôn dập. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, năm 2015 (trang 79,80)
[13] Ninh Đức Tốn. Sổ tay Dung sai lắp ghép. Nhà xuất bản Giáo Dục, năm 2005 (Chương 1)
[14] Taylan Altan, Gracious Ngaile, Gánghu Shen. Cool and hot forging: Fundamentals and application. ASM international, 2005 (trang 163).
[15] c. Hagart- Alexxander, Chapter 21, table 21.1. Temperature Measurement.
Instrumentation referent book, 2010
[16] Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Lộc. Thiết kế đúc. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1978
[17] SUP7 Spring Steel-Japanese Steel Material Grade-JIS G4053 https://www.otaisteel.com/products/spring-steel-sup7/
[18] Lê Nhương. Kỹ thuật rèn và dập nóng. Nhà xuất bản cơng nhân Kỹ Thuật, 1968