CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU CÁC THÔNG SỐ TẠO
4.2. THIẾT LẬP BÀI TOÁN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH
Để tiến hành mô phỏng chi tiết trên ta sẽ thực hiện trình tự các bước như sau.
- Xây dựng mô hình hình học của sản phẩm, thiết kế mô hình của khuôn.
- Thiết lập mô hình vật liệu.
- Thiết lập điều kiện tiếp xúc và điều kiện biên của bài toán.
- Giải bài toán.[4]
Hình 4.3. Sơ đồ bài toán mô phỏng 4.2.1. Mô hình hình học
-
Từ yêu cầu kích thước của sản phẩm > đưa ra các khuôn mẫu, dụng cụ gia công, phôi thích hợp cho quá trình tạo hình. Các mô hình hình học (gọi là mô hình vì nó là ảo, không có thực) có thể xây dựng trên các phần mềm khác như solidwork, Catia.. và lưu dưới đuôi *STL sau đó nhập vào DeForm để thiết lập mô hình bài toán. Trong quá trình chế tạo chi tiết, tham gia vào quá trình biến gồm có các dụng cự gia công gồm chày,cối, phôi dạng khối và các chi tiết phụ.
Chính vì vậy ta phải xây dựng được mô hình hình học của chày, cối và phôi đúng theo thực tế của bài toán.
68
Biên dạng mô hình hình học của sản phẩm là cơ sở thiết kế bề dây mặt của chày và cối. Dưới đây là mô hình hình học của chày ép, khuôn trên và khuôn dưới.
Hình 4.4. Mô hình phôi
Hình 4.5. Mô hình chày ép
69
Hình 4.6. Mô hình khuôn trên
Hình 4.7. Mô hình khuôn dưới
70 4.2.2. Mô hình vật liệu
-
Mô hình vật liệu(Material Model MM) cho các đối tượng được nhập vào DEFORM. Đối với những loại vật liệu phổ biến, thì MM có sẵn trong thư viện của phần mềm và chỉ việc chọn và đưa vào sử dụng. Đối với mỗi loại vật liệu mới, MM phải tự xây dựng và đưa vào như là một điều kiện bắt buộc. Thư viện vật liệu của phần mềm được trình bày như hình bên dưới.
Việc xây dựng mô hình mô tả chính xác thuộc tính biến dạng của vật liệu khi dập khối chi tiết đóng vai trò quan trọng và quyết định tới tính chính xác cũng như độ tin cậy của một quá trình công nghệ. Mô phỏng số tức là ta mô phỏng những gì sẽ xảy ra trong thực tế, do đó việc xác định mô hình vật liệu trong mô phỏng số có vai trò quan trọng vì nó thể hiện ứng xử của vật liệu khi bị tác động bên ngoài.
Hình 4.8. Thư viện vật liệu
71 Thông tin về vật liệu
Hình 4.9. Thông tin về vật liệu - Mô hình vật liệu cho chày và cối
Trong quá trình dập, chày và cối sẽ chịu tải trọng do lực ép gây ra. Trong thực tế, khi dập phải tránh không cho khuôn bi biến dạng dẻo vì ảnh hưởng đến hình dạng hình học của sản phẩm. Khuôn trong quá trình tạo hình có thể coi chỉ bị biến dạng đàn hồi. Đối với mô phỏng số ta coi vật liệu chày và cối không bị biến dạng dẻo mà chỉ bị biến dạng đàn hồi trong quá trình ghép nối.
- Mô hình vật liệu cho phôi
-12
Phôi được làm từ vật liệu ISO C45( 900 00), là loại thép thông dụng có rất ít hợp kim với 0.45%C. Ở đây ta quan tâm đến 2 thông số đặc trưng của loại thép này.
Độ bền kéo :
Ứng suất chảy :
72
Hình 4.10. Lựa chọn vật liệu cho phôi
Hình 4.11. Các đường cong chảy của vật liệu (Đường cong quan hệ giữa ứng suất biến dạng)-
73 4.2.3. Thiết lấp các mô hình điều kiện biên
Đây là các điều kiện để gia công tạo hình vật liệu, xử lí nhiệt cho vật liệu... như ma sát, điều kiện công nghệ (lực, tốc độ biến dạng, tố độ dụng cụ...), điều kiện nhiệt... đặt vào bài toán sao cho gần với thực tế nhất.
Các bài toán khác nhau sẽ có điều kiện biên khác nhau.
Đây cũng là bước rất quan trọng trong bài toán mô phỏng vì người làm phải hiểu biết, nắm rõ được công nghệ mới đặt được điều kiện biên chính xác.
Chia lưới cho các đối tượng trong DEFORM ( Meshing)
Sau khi nhập các đối tượng vào trong DEFORM cần chia lưới hữu hạn cho các đối tượng ấy. Tức là chia đối tượng lớn thành các phần tử nhỏ (element) với số lượng hữu hạn. Số phần tử của một đối tượng ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của bài toán và thời gian giải. Do đó tùy vào từng bài toán, vị trí của từng vùng trên đối tượng... mà lấy số phần tử cho phù hợp (cái này tùy thuộc vào kinh nghiệm và trực quan của người dùng).
Phần tử ở đây có nhiều dạng nhưng thông thường phổ biến loại phần tử khối sáu mặt (hexahedral) và khối bốn mặt (Tetrahedral).
- Với bài toán dập khối có các thành phần chính là dụng cụ chày, cối và phôi. Mỗi một thành phần có những điều kiện làm việc khác nhau do đó ta chia lưới cho các phần tử cũng là khác nhau. Điều này làm cho bài toán đơn giản hơn khi đưa các điều kiện vào từng phần tử cho bài toán.
- Đối với chày và cối ta coi như cứng tuyệt đối nên không cần chia lưới.
- Chia lưới : Phôi trong quá trình dập từ phôi trụ bị biến dạng do đó ta chia kiểu hình lưới sao cho bao kín phôi không bị gấp khúc. Với phôi dập chi tiết ta chia 50000 phần tử.
74
Hình 4.12. Mô hình chia lưới - Điều kiện tiếp xúc :
-object.
Điều kiện tiếp xúc được tạo ra trong modul Inter Các bài toán tạo tiếp xúc giữa các đối tượng thường được thực hiện ngay từ đầu để tránh các sai lệch không đang có. Deform cũng có thể tự động tạo ra các tiếp xúc trong quá trình tính toán nhưng đôi khi không chính xác và vì vậy trong một số trường hợp bài toán sẽ không hội tụ.
Ở đây ta chọn
Hệ số truyền nhiệt đối lưu : 0.02 N/s.m.oC Hệ số ma sát : k=0.1
Hình 4.13. Modul Inter Object Các thông số chuyển động :
75 Tốc độ dập :50 mm/s
Hành trình : 154 mm Số bước : 150
- Kiểm tra cài đặt và khởi tạo các dữ liệu
Sau khi cài đặt xong tất cả các dữ liệu cho bài toán ta bấm vào biểu tượng
“ General database “ và chọn đường dẫn và lưu vào database vào ổ cứng máy tính, kết thúc bước đầu xử lý.
Hình 4.14. Modul Database Generation
Đây là khâu cuối cùng để kiểm tra cài đặt của bài toán có thành công hay không. Nếu hợp lệ thì ta có thể chạy mô phỏng bài toán trong modul Simulator.
- Kiểm tra kết quả
-
Sau khi giải xong bài toán, phần hậu xử lí (Post Processor) là kiểm tra kết quả. Nếu tất cả các bước chính xác mà kết quả xa với thực tế thì do vấn đề chia lưới quá thô, do đó cần chia lại lưới và giải lại.
4.2.4. Phân tích kết quả mô phỏng dập chính xác chi tiết
Các kế quả mô phỏng của quá trình gia công được trình bày trong các bảng
* Dập nóng, T= 1200 oC
76 DẬP NÓNG Bước dập (
Step №)
Khoảng dịch chuyển chày ép ( Stroke-mm)
Lực dập P (Load- tấn )
10 10,3 11,4
20 20,6 30,6
30 30,9 35,7
40 41,2 37,8
50 51,5 41
60 61,8 45,2
70 72,1 48,5
80 82,4 51,3
90 92,7 55,1
100 103 56,9
110 113,3 60,9
120 123,6 63
130 133,9 65
140 144,2 66,5
150 154 74,3
Bảng 4.1. Bảng thông số dập nóng
Để phân tích kĩ hơn quá trình gia công chi tiết ta sẽ đi sâu vào đánh giá những yếu tố có thể gây ảnh hưởng tới chất lượng của chi tiết sau khi gia công như : - Quá trình tạo hình, sự biến dạng, mức độ biến dạng, lực biến dạng và trạng thái ứng suất
* Quá trình tạo hình
77
Bước 1 Bước 20
Bước 40 Bước 60
78
Bước 80 Bước 100
Bước 130 Bước 160
Hình 4.15. Quá trình tạo hình
79
Vì kích thước đầu vào của phôi và kích thước yêu cầu của sản phẩm là như nhau nên quá trình tạo hình gần như giống nhau. Hình 4.15 thể hiện một số bước điển hình từ phôi tạo hình thành sản phẩm.
Hình 4.16. M bi dức độ ến ạng
Hình 4.16 cho thấy mức độ biến dạng của dập nóng. Mức độ biến dạng còn được thể hiện bằng các vùng màu: Vùng màu xanh đậm thể hiện độ biến dạng tại vùng này là rất ít, vùng màu đỏ cam thể hiện mức độ biến dạng là nhiều nhất. Trên hình vẽ thể hiện mức độ biến dạng tập trung ở phần đáy của chi tiết và phần đầu gần như không bị biến dạng nhiều.
* Lực biến dạng
80
Hình 4.17. Lực dập lên chày khi dập nóng
Hình 4.18. Lực dập tác dụng lên cối khi dập nóng
Khi dập tạo hình ở các trạng thái nhiệt độ khác nhau thì lực biến dạng là khác nhau, dập tạo hình ở nhiệt độ càng cao thì lực biến dạng càng thấp. Lực biến
81
dạng thay đổi theo từng bước dập ( đã được trình bày tại mục 4.2.1) với lực dập lớn nhất Pmax=74,3 tấn.
* Trạng thái ứng suất
Hình 4.19. Trạng thái ứng suất khi dập nóng
Thông qua biểu đồ trạng thái ứng suất của quá trình biến dạng ta thấy rằng ứng suất tại các điểm trên sản phẩm sau khi biến dạng khá đồng đều. Điều này phù hợp với các lý thuyết của quá trình biến dạng ở trạng thái nóng.
Kết quả của các quá trình mô phỏng dập tạo hình ta được sản phẩm như hình 4.20.
82