Từ những quy trình riêng lẻ khơng thể tạo ra s n phẩm tốt nếu khơng có m t quy trình chung kết hợp t t c chúng lại với nhau. Do đó để làm được điều đó cần có m t quy trình đó là quy trình tổng thể. Quy trình tổng thể với mục tiêu tạo ra vịng lập xuyên suốt vịng đời s n phẩm. Quy trình tổng thể được diễn t ở hình 2.4 với
sự kết hợp của các quy trình riêng lẻ như thiết kế, mơ phỏng, phântích.
- Khâu thiết kế gồm có các bước sau:
1.1 Thiết kế chi tiết 1.2 Thiết kế khn 1.3 Chỉnh sửa mơ hình
- Khâu mơ phỏng gồm có những bước sau:
2.1 Mơ phỏng dập 2.2 Mơ phỏng chặt rìa 2.3 Mơ phỏng ép ngu i
- Khâu phân tích gồm có những bước sau: 3.1 Phân tích ngun mẫu kềm
2.2 Quy trình ứng dụng các hệ thống CAD
2.2.1 Thiết kế mẫu kềm
Chi tiết kềm là mơ hình 3D có hình dạng tương đối phức tạp nên q trình thiết kế cần có m t quy trình chuẩn để sao cho việc thiết kế đạt được đ chính xác cao hạn chế sai số là việc làm r t quan trọng. Có nhiều bước và cách thiết kế nhưng đối với s n phẩm kềm thì tác gi đề xu t dựng hình 3D từ các hình chiếu 2D, việc kết hợp
hình chiếu 2D lại với nhau tại những biên dạng 3D chính xác với mẫu thực hơn.
Các bước thiết kế mẫu kềm theo sơ đồ sau:
Hợp nh t các hình chiếu lại với nhau sẽ tạo được biên dạng cong 3D. Thực hiện bước này sẽ tạo chuẩn biên dạng bên ngoài
a) Hình chiếu bằng của chi tiết kềm
b) Hình chiếu đứng của chi tiết kềm
c) Kết hợp hình chiếu đứng và bằng tạo đường cong 3D theo biên dạng kềm
d) Xây dựng mặt cong từ đường cong 3D tạo được mặt là đường biên dạng cán
kềm
e) Giao các mặt chiếu đứng và bằng phần lưỡi cắt tạo được các mặt bao biên
dạng
f) Cắt bỏ những phần thừa phần má kềm
g) Tạo mặt cong theo biên dạng của phần lưỡi cắt.
h) Cắt bỏ phần thừa từ mặt tạo ở phần (g)
i) Cắt bỏ phần thừa của mang kềm thu được kềm hoàn chỉnh.
Ngoài phương pháp thiết kế truyền thống trên cịn m t số cách tạo mơ hình hiện đại trên máy tính như scan 3D, phương pháp này có ưu điểm tạo mơ hình 3D nhanh chóng và tiện lợi, nếu để tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D thì r t hiệu qu nhưng nếu để chỉnh sửa và gia công tạo khuôn cũng tốn r t nhiều thời gian do ph i thiết kế ngược và chỉnh sửa mơ hình. Do đó đối với s n phẩm kềm áp dụng phương pháp thiết kế bằng quy trình nêu trên r t hiệu qu về kinh tế và thời gian.
2.2.2 Thiết kế khuôn
- Khuôn dưới cho m t gọng.
Do gọng kềm là dạng đối xứng nhau nên tác gi trình bày phương pháp thiết kế m t gọng kềm, gọng còn lại thiết kế tương tự. Do s n xu t hàng loạt lớn nên để gi m chi phí làm khn nên việc bố trí nhiều chi tiết trên m t khn nhằm tăng kh năng sử dụng vật liệu gi m thiểu chi phí. Trình tự thiết kế khn được mơ t trong hình bên dưới.
Hình 2.6Mặt phân khn của khn dưới
Từ mơ hình 3D dựng mặt phân khn dưới,cácvị trí định vị phơi được tạo ra để
định vị cho phơi trong q trình chặt rìa. Cắt những phần rỗng từ các biên dạng cho được mặt phân khn của khn dưới.
Hình 2.7Mặt phân khn hồn chỉnh của khn dưới
Do chi tiết có hình dạng nhỏ nên có thể tạo nhiều lịng khn trên m t khuôn để tăng hiệu qu sử dụng khn, gi m chi phí chế tạo.
- Khn trên
Từ cơ sở mặt phân khn dưới ta sử dụng chúng làm nền t ng mặt phân khn trên. Có những vị trí chịu lực tác dụng lực nhiều và dễ hư hỏng trước những vị trí
mơ phỏng có thể phát hiện những vị trí nguy hiểm trên khn từ đó có thể điều chỉnh và c i thiện, việc mơ phỏng đó sẽ được trình bày ở phần sau của luận văn
này.
Hình 2.8Mặt phân khn khn trên
Tạo mặt thốt khn trên bằng cách offset biên dạng bao tồn b thân kềm và tạo phần nhơ lên, biên dạng khuôn trên lúc này sẽ là phần nhô lên xung quanh biên
dạng kềm (xem hình 2.8), nó có tác dụng làm tăng tuổi thọ khuôn. Khi khuôn tác
đ ng vào phơi lúc đó lực tác dụng lớn làm phơi biến dạng sẽ tràn ra theo các hướng, nhờ thiết kế kiểu lối thoát như thế làm gi m đáng kể lực tác dụng lên 2 mặt của
- Tách khn.
Hình 2.9Mặt phân khn trên và dưới hồn chỉnh
Từ hai mặt phân khuôn trên và dưới sẽ hỗ trợ việc tách các khuôn trên và dưới ra các phần riêng biệt nhau. Trích xu t dữ liệu b n vẽ sẽ được định dạng .stl cho bước mô phỏng tiếp theo hoặc các định dạng khác cho quá trình gia cơng.
Hình 2.10 Quy trình tách khuôntổng quát a) Biên dạng mặt phân khuôn dưới được tạo từ chi tiết thiết kế
b) Biên dạng mặt phân khuôn trên tạo được từ chi tiết và đường cơ b n của khuôn dưới
c) Kết hợp mặt phân khuôn trên và dưới vào trong khối chung tổng thể d) Phân tách từ khối chung với mặt phân khuôn dưới tạorakhuôn dưới e) Phân tách từ khối chung với mặt phân khuôn trên tạora khn trên
2.2.3 Quy trình chỉnh sửa mơ hình sau mơ phỏng ép nguội
Sau quá trình mơ phỏng thu được mơ hình dạng lưới, các phần tử là m t dạng lưới hỗn đ n, chỉnh sửa mơ hình lưới là quy trình nhằm sắp xếp các lưới trật tự và tạo vật thể khối rắn thuận lợi cho q trình phân tích phần tử hữu hạn (đặt điều kiện biên và t i trọng).
Hình 2.11Chia lại lưới điểm cho phần tử
Sắp xếp các phần tử lưới trật tự là công việc bắt bu c ph i thực hiện trước quá trình phân tử hữu hạn, nếu khơng thực hiện các bước của q trình phân tích phần tử hữu hạn thì khơng thể gán vị trí lực, vị trí tiếp xúc vị trí chịu t i m t cách chính xác.
Hình 2.12Trước và sau sắp xếp lưới phần tử
Sau quá trình sắp xếp cắc phần tử lưới được sắp xếp trật tự lại với nhau có c u trúc hình học đơn gi n và những vị trí quan trọng cần thiết cho việc phân tích phần tử hữu hạn cũng được chú ý đến như là phần cán và lưỡi cắt. Từ mơ hình phần tử khối ta chuyển sang chương trình phân tích phần tử hữu hạn để gi i bài tốn về ứng xử cơ học.
Hình 2.13Quy trình chỉnh sửa mơ hình CAD 3D của chi tiết sau mơ phỏng dập để phù hợp cho việc tự đ ng phân tích CAE
2.3 Mơ phỏng Q trình dập.
Cơng cụ mô phỏng phát triển mạnh mẽ cùng với sự bùng nỗ công nghệ thông tin đem lại hiệu qu cao và rút ngắn thời gian thử nghiệm đánh giá kết qu [4] . Hiện nay, có r t nhiều chương trình hỗ trợ cho việc mơ phỏng trong đó kể đến như: ANSYS, ABAQUS, PAM STAMP… Mỗi phần mềm có m t vị thế và m t thế mạnh khác nhau, đối với dập nóng thì khơng thể khơng nhắc đến DEFORM 3D. DEFORM là m t hệ thống mơ phỏng theo mơ hình phần tử hữu hạn (FEM) được thiết kế để phân tích các quy trình hình thành và ứng xử của kim loại được ứng dụngcho các lĩnh vực định hình kim loại và phân tích kim loại[4, 6]. Bằng cách mơ phỏng quy trình trên máy tính, cơng cụ này cho phép các chuyên giavà kỹ sư thực hiện những công việc như sau:
- Gi m thử nghiệm thực tế gây tốn kém tại các nhà máy.
- Giúp thiết kế khuôn thuận lợi dễ dàng do đó để gi m chi phí s n xu t - Rút ngắn thời gian trong việc đưa s n phẩm mới ra thị trường
Ưu điểm nổi bật khi ứng dụng vào việc mơ phỏng kềm: - Tìm được những khuyết điểm trong quá trình thiết kế - Tìm những vị trí nguy hiểm trên khn
- Quan sát được biến dạng, ứng xử của kim loại trong suốt q trình mơ phỏng - Khơng tốn thời gian và cơng sức nhưng có thể thu được mơ hình 3D sau q trình dập từ đó có thể đo kiểm trên máy tính, hoặc sử dụng công nghệ in 3D để tạo s n phẩm mẫu.
2.3.1 Quy trình dập định hình
Quy trình mơ phỏng có 2 bước chính như sau:
+ Tiền xử lý: Nhập t t c những dữ liệu, thơng số, điều kiện của q trình
+ Sau xử lý: Chạy chương trình và thu thập dữ liệu
Hình 2.14Quy trình thiết lập q trình mơ phỏng dập ứng dụng phần mềm Deform 3D.
Sơ đồ tuần tự các bước mơ phỏng dập kềm được mơ t ở hình 2.14. Đầu tiên, ta cần nhập dữ liệu 3D của phôi(1).Tham số quan trọng ở đây là đường kính d của phơi. Khi đường kính nhỏ thì có kh năng khi dập phơi sẽ khơng điền đầy lịng khn và khi đó sẽ có hiện tượng thiếu hụt vật liệu, khơng thu được hình dạng kềm như mong muốn. Nếu đường kính q lớn thì lực dập cần mạnh, gây nên hao tổn năng lượng đồng thời cũng phát sinh nhiều bavia, cần ph i loại bỏ nhiều sau dập. Do đó, việc mơ phỏng dập này cũng là m t công cụ quan trọng để tìm giá trị d phù hợp. Các bước tiếp theo (2)-(3)là nhập dữ liệu khuôn dưới và trên tương ứng. Ở mục 2.2 ta xu t định dạng 3D cho 2 khn trên và dưới. Khn dưới ta có thể đặt phơi vào vị trí thích hợp như trên hình. Sau đó, đến bước(4)ta xác định tọa đ vị trí tương quan của 2 khn, chuẩn bị cho hành trình dập được chính xác. Sau đó, bước (5) ta cần dẫn nhập các dữ liệu về nhiệt đ nung, vận tốc dập, số bước mô phỏng, hệ số ma sát, co rút vật liệu. Trong các phần mềm mô phỏng chủ yếu sử
dụng phương pháp phần tử hữu hạn [2, 4]. Cũng trong bước (6) này ta cần chọn
phần tử hữu hạn và số lượng của chúng. Trong DEFORM 3D ta có thể chọn phần tử tứ diện 4 nút (Tetrahedral) với phương pháppháp dò-thử để xác định số lượng lưới hợp lý. Nghĩa là sau số lượng phần tử xác định (ví dụ 150000), với những số lượng phần tử lớn hơn 150000 mà vẫn cho kết qu giống như cũ thì ta gọi là h i
tụ. Tiếp theo là q trình mơ phỏng của các chương trình. Đối với DEFORM-3D,
trung bình mỗi thực nghiệm sẽ m t trung bình kho ng 1 giờ để chạy mơ phỏng. Sau khi chạy xong là đến bước(7)– phân tích kết qu , được diễn t mục 3.2.
Hình 2.16Phơi nhỏ khơng điền đủ vàolịng khn
Hình 2.17Phơi thu được sau q trình mơ phỏng dập định hình
2.3.2 Quy trình dập cắt bavia: từ dập chuyển qua bước chặt bavia để thu đượcchi tiết gần với nguyên mẫu thiết kế chi tiết gần với nguyên mẫu thiết kế
Cắt bavia là quá trình sau dập định hình nhằm cắt bỏ những phần dư thừa do q trình dập trước đó tạo ra, đối với phương pháp dập nóng thơng thường ph i qua bước dập cắt rìa. Khn cắt rìa kềm có 3 b phận chính: chày, cối, t m chặn phơi. Đối với q trình mơ phỏng chặt rìa này để đơn gi n hóa q trình thì bỏ qua t m chặn phơi chỉ sử dụng chày và cối để mơ t q trình cắt rìa những khơng nh hưởng đến kết qu thu được sau mơ phỏng.
Hình 2.18Các bước thiết lập thơng số mơ phỏng chặt rìa
1) Dữ liệu thu được phôi là dữ liệu thu được từ mô phỏng dập bước 1, dữ liệu
chày và cối là dữ liệu được tạo ra từ các phần mềm thiết kế với định dạng .stl
3) Khai báo các thông số nhiệt đ , đ cứng phôi và khuôn, vận tốc, hệ số ma sát, chia lưới, biến dạng và đàn hồi của vật liệu
4) Chạy xử lý dữ liệu
5) Thu thập phân tích kết qu .
Hình 2.19 Dính bavia xung quanh mép rìa
Đ hở giữa chày và cối nh hưởng đến q trình cắt rìa, đ hở nó phụ thu c vào
đ dày của phôi. Nếu đ hở q lớn sẽ gây ra dính bavia gây khó khăn cho bước mài tiếp theo, nếu đ hở của q nhỏ thì khn cần chế tạo chính xác để đ m b o khơng va đập khi hoạt đ ng, q trình mơ phỏng này cũng giúp ta phát hiện những lỗi trên đồng thời phương pháp thử giúp ta tìm được thiết kế thích hợp cho q trình chặt rìa.
Dữ liệu thiết kế khn được trích xu t và nhập vào Deform với định dạng .stl, với phơi thì được trích xu t từ q trình mơ phỏng dập định hình trước đó. Các bước thiết lập thơng số cho mơ phỏng được trình bày ở hình2.15 và 2.18. Dựa vào kết qu mơ phỏng ta có thể quan sát những vị trí cắt khơng đứt hồn tồn, cịn dính
bavia (hình 2.19)hoặc nguy cơ dễ hư hỏng khn cũng được phát hiện trong tồn b q trình mơ phỏng.
2.3.3 Quy trình dập ép nguội
Quá trình này với mục đích là định hình chi tiết do q trình biến dạng của chặt rìa gây nên. Đồng thời tăng đ cứng và c u trúc vật liệu ổn định, tăng cơ tính của s n phẩm.
Thiết lập quy trình mơ phỏng ép ngu i được mơ t trong hình 2.15 và 2.18, Với bước (1) tương tự như bước của quá trình chặt rìa, dữ liệu phơi ở đây là dữ liệu thu được từ quá trình chặt rìa, khn sử dụng khn của q trình dập định hình, bước (2) tương tự như các bước đã nêu ở quá trình đập định hình và chặt rìa, ở bước (3) lưu ý là vận tốc của quá trình này chậm hơn so với vận tốc dập và chặt rìa, có thể khai báo theo các thơng số của máy thủy lực hiện có tại các xưởng, ở bước (4) và (5) thông số và cách làm tương tự như các bước trên.