họa trong hình (1.1). Các chức năng v hình dạng là phần tử tuyến tính. Chuyển vị của các bậc t do tăng lên tại các nút. B mặt chi tiết chuyển đ ng tăng dần của các phần tử có thể được viết như sau:[8]
Hình 1.1Hình dáng tấm chi tiết gần giống hình nón cụt.+ + + − − (1-14) và (1-15)
Trong đó, t ' là hệ tọa đ địa phương phôi thay đổi t t’=-1 tại nút 2, đến t’ = +1 tại nút 1, chúng ta có thể thấy trong hình (1.1), dv1 và dw1là những thành phần xuyên tâm và chuyển vị của các nút i tăng lên do hành trình dập và cơng thức chi u dài S0 xác định :
√ (1-16) Schi u dài k o mới.
Và (r0)i, (z0)i có vị trí nằm ngang và th ng đứng, liên kết biên dạng chưa biến dạng (r)i, (z)i và biên dạng bị biến dạng tương ứng với nút i. Như phần tử là th ng, trục xuyên tâm, tọa đ của điểm bất kỳ trong các phần tử n i suy như sau:[8]
+ − (1-18)
Các vị trí mới, cùng m t điểm r được cho bởi:
+ − (1-19) Sử dụng phương trình (1-16) đến (1-19), chúng ta có được s biểu hiện biến dạng tăng dE như sau:
dE =
− + − + − + −
+ ( + )/ + ( + )/ + / (1-20)
Hàm Lagrange làm tăng biến dạng, bởi logarit biến dạng dẻo tăng ít theo thời gian và được đưa ra bởi trình (1-1), trong đó So, S, r0, r được thể hiện bởi các phương trình (1-16), (1-17), (1-18) và (1-19).
Ngay khi (m) trong phương trình (1-7) được biểu diễn theo giá trị nút.
∫ d+
∫ ( ) ∫ (1-21)
và dA = 2πrdt’, t là chi u dày tấm kim loại và tham gia cùng th c hiện t’ = -1, t’= +1: Gi m bớt các chức năng trên thu được bằng phương tiện của đạo hàm t ng phần.[8]
T =
= ∫ −
+∫ ′( ) ∫ (1-23)
(dE)/ u(m) có thể đánh giá bằng cách sử dụng phương trình (1-9) như sau:
Q = [ + − − − − − − ] (1-24)
Phương trình (1-13) được viết:
∫( ) − DdEdA+
∫( ) HQDdEdA-∫ =0 (1-25)
Phương trình phi tuyến được đưa v phần tử hữu hạn :
∑ (1-26)
Phương trình (1-26) có thể được gi i quyết bằng phương pháp Newton –Raphson, gi sử gi i pháp uini ban đầu, u0 cho các gi i pháp chính xác, và quên thứ t là hai hay cao hơn Δu = u0 - uinitrong việc mở r ng chuỗi Taylor, có được phương trình tuyến tính.[8]
P Δu = H –f (1-27) Trong đó P là l c dập, tạo ra hình bán cầu.
P = ∑ H = ∑ f = ∑ (1-28)
∫ (1-29)
và b = QDd K = QDQT (1-30)
và Q = (1-31)
Ngoài ra, chúng ta cho rằng:
(1-32)
và
= A (1-33)
∫ (1-34) Cơng thức tích phân được gi i bằng phương pháp Gauss và h i tụ các tiêu chu n. Tổng hợp các phương trình trên, chúng ta gi i gần đúng phương trình (1-27). [8]
P* Δu = f –H* (1-35) Phương pháp phần tử hữu hạn với vật liệu b n dẻo, tính tốn ở trên đã được sử dụng hiệu qu và đ chính xác, phù hợp để gi i quyết vấn đ dập tấm có tỷ lệ đường kính tấm lớn hơn 1.5 đường kính chày.
1.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu.
1.3.1Phân tích kỹ thuật khn dập.
Đi u quan trọng là ph i đánh giá được những hạn chế để hồn thành q trình dập tạo hình. Đi u này được hướng dẫn bằng các phương pháp đơn gi n có thể tính tốn và thu được qua các lần dập. Ngoài ra, l c dập và l c giữ tấm thì quá quan trọng trong các thơng số. Cuối cùng kích thước tấm ph i được xác định đầu tiên.
Kích thước khn dập: M t trong những thước đo dập tạo hình: là hệ số dập tạo hình DR. Đây là cách dễ dàng nhất để xác định chi tiết hình trụ bởi vì tỷ lệ của Đường kính tấm Db và đường kính chày Dp. Trong cơng thức,
DR = (1-36)
Chỉ ra mức đ nghiêm trọng của hệ số dập tạo hình, mặc dù chưa gia cơng. Hệ số dập tạo hình càng lớn, số lần dập càng nhi u. Xấp xỉ dưới giới hạn trên của tỷ lệ dập là giá trị 2,0. Giá trị giới hạn th c tế của góc vào bán kính cối và góc bán kính chày, đi u kiện ma sát, đ sâu dập tạo hình, và thu c tính của tấm kim loại (ví dụ, tính dẻo dai, mức đ định hướng của tính chất k o trong kim loại) M t cách khác để mô t thu c tính các bước dập thu được hệ số co rútr. [7]
r = − (1-37)
Nó có quan hệ chặt chẻ hệ số tạo hình. Giới hạn thích hợp với DR (DR≤ 2.0), thì giá trị hệ số co rút r nhỏ hơn 0.50. Có 3 số đo trong dập tạo hình đó là tỉ lệ chi u dày chi tiết t trên đường kính Db (chi u dày tấm chi tiết ban đầu t chia cho đường kính tấm Db) thường thể hiện phần trăm, nó miêu t cho tỉ lệ t/Db lớn hơn 1%. Thì t/Db xu hướng gi m nhăn và xu hướng tăng nhăn.
Trong trường hợp giới hạn dập tạo hình, hệ số co rút, và hệ số t/Db vượt quá thiết kế khn dập, thì chi tiết tấm ph i qua 2 bước dập, đôi khi ph i ủ giữa các bước.
Theo các số đo đó, phù hợp cho các bước dập. Hệ số vuốt nhỏ hơn 2.0, hệ số co rút nhỏ hơn 50% và t/Db ph i lớn hơn 1%. Đây là những hướng dẫn chung được sử dụng thường xuyên để chỉ ra tính kh thi v mặt kỹ thuật.
1.3.2 Lực:
L c dập yêu cầu các bước có thể ước lượng gần đúng cho cơng thức[7].
Ở đó F là l c dập (N), t là b dày tấm phôi ban đầu (mm). ST là Đ b n k o (MPa); và Db là đường kính tấm phơi ban đầu (mm), Dp là đường kính chày(mm). Hằng số 0.7 là m t yếu tố hiệu chỉnh để tính tốn ma sát. Công thức (1-38) ước lượng l c lớn nhất cho các bước. L c dập thay đổi tuyến tính suốt hành trình dập, đạt giá trị tối đa tại kho ng m t phần ba kho ng hành trình dập.
Lực kẹp: là hệ số quan trọng các bước dập và xấp xỉ gần đúng. Giá trị này sau đó
được nhân với diện tích tấm ban đầu của mặt bích giữ phơi. Trong cơng thức. [7]
Fh = 0.015Yπ{ - (Dp+2.3t + 2Rd)2} (N) (1-39)
Ở đâyFh là l c giữ phôi dập (N). Y là cường đ ch y kim loại tấm (MPa). Rd là góc lượn cối (mm).Và các thơng số khác đã được xác định trước đó[7].
Hình 1.2Bước 1 q trình gia cơng dập.
Sau đây là m t phương pháp hợp lý để ước lượng đường kính tấm ban đầu trong các bước dập tạo hình (Ví dụ: hình trụ và nhi u hình dạng phức tạp nữa ngay khi chúng có trục đối xứng). Bởi vì thể tích cuối cùng của s n ph m giống như tấm kim loại ban đầu, khi đó đường kính tấm có thể được tính bằng cách thiết lập khối lượng tấm ban đầu bằng với khối lượng cuối cùng của s n ph m và gi i quyết đường kính Db. Để tạo thuận tiện cho tính tốn, người ta thường gi định rằng s mỏng thành khơng đáng kể.
Xác định kích thước tấm: Đạt được kích thước cuối cùng hình trụ, cần thiết xác định đúng đường kính tấm ban đầu. Tấm ph i đủ lớn để cung cấp kim loại tấm đủ kích thước tạo thành chi tiết hình trụ. Tuy nhiên, nếu có q nhi u chất liệu, kết qu sẽ khơng được như ý. Với việc tạo hình khác hơn chi tiết hình trụ, cùng m t vấn đ , kích thước tấm ban đầu, chỉ có hình dạng tấm trịn có thể khác với hình dạng khác.
Hình 1.3Bước 2 q trình gia cơng dập.
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM Q TRÌNH GIA CƠNG DẬP PHƠI DẠNG TẤM
Trước khi tiến hành th c hiện đ tài, học viên thiết kế b khn dập và tính tốn khe hở theo vật liệu. Chọn kiểu dập đơn đ ng (cối chuyển đ ng và chày đứng n). Kiểu dập khơng mỏng thành và có chặn phơi, dùng lị xo làm l c giữ phôi.Học viên ph i l a chọn vật liệu làm khn có đ cứng cao và kh năng chống mài mòn tốt, thường chọn th p C45 là th p dùng làm khuôn dập ngu i.Thiết kế đồ gá đo l c và chọn vật liệu thí nghiệm phù hợp với đi u kiện hiện có của cơ sở đào tạo nhầm giúp học viên gi m chi phí và thời gian th c hiện đ tài.
2.1 Sơ đ thực nghi m.
Hình 2.1Sơ đồ th c nghiệm.
Cối được gắn tr c tiếp lên xy lanh và loadcell được gắn trên cối, trong quá trình dập
xylanh đi xuống làm cối đi theo và chạm vào tấm giữ phơi, trên tấm giữ phơi được đặt phơi lên đó. Chày đứng cố định và cối tiếp tục đi xuống chạm vào và đ y phôi vào trong lịng cối. Phơi được giữ nhờ l c của ba lò xo đặt lệch nhau m t góc 120°.
Do chi tiết là dạng trụ, chọn phương gá cối vng góc với mặt trụ của chày. Như vậy, c m biến l c đo theo phương vng góc của mặt chày. Tín hiệu đầu ra của c m biến l c được khuếch đại và chuyển vào b phận thu và chuyển đổi dữ liệu, sau đó đưa vào máy tính. Để thay đổi tốc đ của cối, sử dụng van tiết lưu FG-02-03-30 của hãng Yuken (van ổn tốc) như hình 2.3 và được thể hiện số trên chỉ số đồng hồ của
van. Các trị số trên đồng hồ van để chỉ định vận tốc của cối được xác định qua b rờ le hành trình làm việc của cối (do các b phận cối gá tr c tiếp lên trên xylanh).
Các b phận như b khuếch đại, b thu nhận và xử lí số liệu,… cần nguồn điện m t chi u để ổn định cho mạch hoạt đ ng.
2.2 Thiết b , vật tư.
2.2.1 Thi t bị dập.
Hình 2.2Thiết bị dập.
Để phục vụ cho việc th c nghiệm, người th c hiện đ tài sử dụng bơm và xy lanh thủy l c phục vụ quá trình gia cơng dập. Thiết bị đặt tại xưởng th c hành cơ khí, Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM.
2.2.2 Van ti t lưu đi u khiển tốc độ cối.
Van đi u khiển và kiểm tra lưu lượng là van bù áp suất và duy trì m t tốc đ dịng ch y ổn định khi t i thay đổi để kiểm soát tốc đ của xy lanh chính xác. Chỉ số thể hiện trên công tơ m t cho biết tốc đ của xy lanh.
Hình 2.3 Van tiết lưu ổn tốc hiệu Yuken,FG- 02- 03- 03.
Trong quá trình dập với xy lanh thủy l c, chúng ta hay gặp vấn đ đi u chỉnh tốc đ tăng hoặc gi m của xy lanh thủy l c m t cách chính xác. Phương án được l a chọn là cấp m t lượng dầu có thể thay đổi lưu lượng vào xy lanh để đ m b o tốc đ ổn định của xy lanh trong quá trình dập khi t i thay đổi. Để cấp m t lượng dầu như ý muốn cho xy lanh, chúng ta có thể sử dụng van tiết lưu thay đổi lưu lượng không phụ thu c vào áp suất làm việc (hay còn gọi là van ổn tốc). B n chất của van này bao gồm m t van tiết lưu thông thường (van nhọn) được kết hợp với m t van gi m áp (con trượt). Chi tiết trình bày trong hình 2.4:
Hình 2.4Sơ đồ hoạt đ ng van ổn tốc.
Hình 2.5Thiết bị để hiệu chỉnh van tiết lưu để đạt tốc đ cối mong muốn.Nếu xy lanh nâng t i cao hơn trong quá trình dập, con trượt van gi m áp sẽ t đ ng Nếu xy lanh nâng t i cao hơn trong quá trình dập, con trượt van gi m áp sẽ t đ ng chuyển dịch sang ph i mở r ng cửa dầu để áp suất tăng lên như mong muốn ban đầu để tốc đ xy lanh không đổi. Nếu đặt lưu lượng cấp cho xy lanh ở t i thấp hơn khi đó van tiết lưu sẽ đi u tiết m t lượng dầu dư sẽ quay trở lại thùng chứa dầu qua van an toàn của hệ thống. Ở c hai trường hợp, tổn thất áp suất sẽ được bù qua van tiết lưu (van nhọn) để lưu lượng cấp vào xy lanh mà không phụ thu c vào t i (áp suất) của xy lanh..
Để đạt được các tốc đ của cối v = 5, 10 và 15mm/s, m t b gồm hai rơ le cách nhau 25mm và mạch đi u khiển hiển thị thời gian (hình 2.5) để đi u chỉnh lưu lượng thể hiện lên các chỉ số trên công tơ m t để đạt được các vận tốc v = 5, 10 và 15mm/s. Các trị số được thể hiện trong b ng 2.1.
B ng 2.1Số công tơ – m t trên van ổn tốc.
2.2.3 Cảm bi n đo lực.
Hình 2.6C m biến l c đơn CBSB- 5T.
C m biến l c CBSB – 5T sử dụng để đo l c dập. C m biến l c đơn như hình 2.6. Thơng số kỹ thuật của c m biến CBSB – 5T do hãng Curiotec, Hàn Quốc s n xuất năm 2015 được thể hiện trong b ng 2.2.
Số công-tơ-m t trên van ổn tốc Tốc đ xylanh (mm/s)
156,5 5
182 10
B ng 2.2Thông số kỹ thuật của c m biến l c CBSB –5T. Tên Thông số L c 5T Đ nhạy 2mV/V ±0.2 Cấp chính xác D3 Trở kháng ngỏ ra 350 ± 3,5 Ω Trở kháng ngỏ vào 400 ± 20 Ω Quá t i an tồn 150%
Chi u dài dây tín hiệu 1,5m, lõi 4 dây
Vật liệu Nhơm
Tiêu chu n IP65
Sai số 0,03%
Hình 2.6 trình bày kết cấu của c m biến l c đơn CBSB-5T, m t đầu bên trái có 2 lỗ 14 dùng để cố định l c tác đ ng vào theo phương vng góc với thân của thanh c m biến, đầu cịn lại (phía ph i) có lỗ ren M10 dùng gắn lên thiết bị đo.
2.2.4 Bộ khu ch đ i.
Để thu được tín hiệu điện t c m biến l c, cần ph i khuếch đại tín hiệu lên để việc thu nhận dễ dàng hơn. Ở đây, dùng c m biến l c để đo l c nên cần có m t b khuếch đại để thu tín hiệu (hình 2.7). Thơng tin v b khuếch đại được dùng: 01b khuếch đại KM-02A 4~20mA.
Thông số kỹ thuật: Đầu ra 0-10mA hoặc 4-20mA, kích thước: 180x120x45mm, nguồn cấp: 15-24V.
Đ chính xác 0,05%.
Hình 2.7B khuếch đại tín hiệu.
2.2.5 Bộ thu v chuyển đổi tín hiệu.
Hình 2.8B thu và chuyển đổi tín hiệu FTezDAQ.
Để thu và chuyển đổi tín hiệu t c m biến l c đi vào máy tính để xử lí dùng b thu và chuyển đổi tín hiệu FTezDAQ.
Đặc tính kỹ thuật: Có kh năng lấy 320 mẫu/1giây, 24 bit, nhận và chuyển đổi tín hiệu: Analog hoặc digital cho ra tín hiệu dạng digital, có 8 cổng đơn để thu tín hiệu và có 4 cổng ra.
Hình 2.9Giao diện hiển thị phần m m FTezDAQ 2.0.
Phần m m kèm theo: FTezDAQ-2.0. Phần m m này cho ph p thiết lập số cổng thu nhận tín hiệu đầu vào (8 cổng) và chuyển đổi tín hiệu đầu ra (4 cổng). Bên cạnh đó, phần m m còn cho ph p đi u chỉnh số mẫu lấy trong m t giây tùy thu c vào mức đ chính xác dữ liệu cần lấy mẫu.
2.2.6 Bộ ngu n điện 24V.
Để có nguồn điện m t chi u cho thiết bị thu và chuyển đổi tín hiệu. Dùng b nguồn có: ngõ vào 220V – 1 pha, ngõ ra: 24V –DC.
Hình 2.10: trình bày nguồn điện 24V – DC dùng cung cấp điện để nuôi mạch khuếch đại KM-02A 4~20mA, c m biến l c CBSB- 5T và mạch thu và chuyển đổi dữ liệu MF –28.
Hình 2.10B nguồn điện 24V.
2.2.7 M y tính x ch tay.
Phục vụ việc ghi nhận dữ liệu thu được t các c m biến l c, van tiết lưu đi u khiẻn tốc đ cối,sử dụng máy tính xách tay, hiệu Dell, nhânIntel Core 2 Duo. Phần m m
kèm theo: FTezDAQ2.0.
2.2.8 Phôi nhôm A1050.
B ng 2.3Đặc tính thơng số vật liệu nhơm.
Tên Thơng số
Hợp kim nhơm A1050
Nhiệt đ nóng ch y 6500C
Mơ đun đàn hồi 71GPa
Ứng suất 105 ÷ 145MPa
Đ cứng 34HB
Bởi s giới hạn của công suất bơm và xy lanh thủy l c trong luận văn này, người nghiên cứu chỉ sử dụng vật liệu phơi là hợp kim nhơm, hơn nữa nó có đ cứng thấp nên l c khi dập nhỏ chỉ cần dùng c m biến l c có chỉ số đo l c v a. Phôi hợp kim nhôm dạng tấm loại A1050, có các thơng số vật liệu ở b ng 2.3.
Hình 2.11Phôi hợp kim nhôm chu n bị dập.
Mẫu 1 với t = 1mm.
Hình 2.12Phơi nhơm b dày 1mm.
Mẫu 2 với t = 1.2mm.
Hình 2.13Phơi nhơm b dày1.2mm.
Phơi tấm dạng trịn, có kích thước 110mm, đặt gá phơi vào mặt bích giữ phơi và