- LÝ THỊ THANH HUYỀN LÝ THỊ THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CHÍNH XÁC Ở TRẠNG THÁI NỬA NÓNG NGÀNH CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CHẾ TẠO MÁY KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - LÝ THỊ THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CHÍNH XÁC Ở TRẠNG THÁI NỬA NÓNG Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. - NGUYỄN ĐẮC TRUNG Hà Nội – Năm 2012 1 MỤC LỤC Trang Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 3 Danh mục các hình vẽ, đồ thị, bảng 4 Lời mở đầu 7 Chương 1- TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CÁC CHI TIẾT DẠNG KHỐI 1.1 Sơ lược về sản xuất chi tiết dạng khối 9 1.1.1 Nhóm đúc 9 1.1.2 Nhúm gia cụng áp lực 11 1.1.3 Nhúm cắt gọt 14 1.1.4 Nhúm hàn và ghộp nối 15 1.1.5 Nhúm phủ bề mặt 16 1.1.6 Nhóm thay đổi tính chất vật liệu 17 1.2 Sơ lược về công nghệ dập tạo hình khối 18 1.2.1 Khái niệm chung 18 1.2.2 Ưu nhược điểm của dập khối 21 1.2.3 Các thiết bị chính để thực hiện công nghệ dập khối 22 1.2.4 Các dạng sản phẩm điển hình 24 1.2.5 Các nguyên công trong công nghệ dập khối 25 1.3 Nhiệt độ trong công nghệ dập khối 29 1.4 Sự khác biệt giữa dập núng, nửa núng và dập nguội 32 1.5 Mục đích nghiên cứu của đề tài 33 Chương 2- NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI CHÍNH XÁC 2.1 Khái niệm công nghệ dập khối chính xác 34 2.2 Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác 35 2.3 Yêu cầu công nghệ 36 2.4 Thiết bị dập khối chính xác 37 2.5 Ưu nhược điểm của dập khối chính xác 42 2 2.6 Các dạng sản phẩm điển hình 42 2.7 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình dập khối chính xác 45 Chương 3- NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI 3.1 Giới thiệu phương pháp mô phỏng số 46 3.1.1 Mô phỏng số và công nghệ ảo 46 3.1.2 Vai trò và ưu điểm của mô phỏng số trong thiết kế và tối ưu công nghệ 47 3.1.3 Tiến trình mô phỏng 48 3.2 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Deform 52 Chương 4- MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ TRONG TẠO HÌNH CHI TIẾT KHỚP NỐI CHỮ THẬP 4.1 Thiết lập bài toán mô phỏng 63 4.1.1 Thiết lập mô hình hình học 64 4.1.2 Thiết lập mô hình vật liệu 66 4.1.3 Thiết lập mô hình điều kiện biên 68 4.1.4 Giải bài toán 70 4.2 Phân tích các kết quả mô phỏng 70 4.2.1 Các thông số của quá trình dập 70 4.2.2 So sánh dập tạo hình khớp nối ở các trạng thái nhiệt độ 73 4.2.3 Phương pháp dập tạo hình ở trạng thái nửa nóng dập từ 1 phía và 2 phía 79 KẾT LUẬN 84 Tài liệu tham khảo 86 - 3. - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo Tn Nhiệt độ nung ºC T Nhiệt độ dập ºC t Thời gian nung s t1÷t2 Thời gian giữ nhiệt s G Trọng lượng KN Le Năng lượng va đập MJ P Lực ép KN Pmax Lực ép cực đại KN Ứng suất chính N/mm² max Ứng suất cực đại N/mm Biến dạng chính Do Đường kính phôi ban đầu mm Ho Chiều cao phôi ban đầu mm Dk Đường kính sau ép mm Hk Chiều cao sau ép mm Rm Độ bền kéo N/mm² Re Ứng suất chảy N/mm² Hệ số ma sát V Tốc độ dập mm/s Møc ®é biÕn d¹ng logarit FEM Phương pháp phần tử hữu hạn Các phần mềm mô phỏng, thiết kế đồ hoạ: ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, CATIA, DYNAFORM, DEFORM, SOLIDWORK, CAD, PRO/ENGINEER - 4 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Ý nghĩa Trang 1.1 Các phương pháp gia công vật liệu 9 1.2 Sản phẩm Stator được đúc từ gang xám 10 1.3 Sơ đồ phân loại gia công áp lực 11 1.4 Chi tiết vỏ ôtô được chế tạo bằng dập tấm 13 1.5a Bề mặt khuôn được tạo ra bằng phương pháp phay 14 1.5b Khoan để tạo lỗ trên chi tiết 14 1.6a Hàn vảy đồng để liên kết 2 tấm thép mạ 15 1.6b Ghép đinh tán 2 tấm thép và hợp kim nhôm 15 1.7 Phủ TiN bằng phương pháp PVD trên chi tiết bánh răng 16 1.8 Đồ thị nhiệt độ khi nhiệt luyện 17 1.9 Nhiệt luyện để nâng cao độ cứng của sản phẩm 18 1.10 Sơ đồ quá trình dập khối 20 1.11 Phân loại dập khối 20 1.12 Các dạng sản phẩm dập khối 22 1.13 Hướng thớ của sản phẩm sau khi dập tạo hình 23 1.14 So sánh hướng thớ kim loại 23 1.15 Thiết bị sử dung cho nguyên công dập khối 25 1.16 Sơ đồ bài toán chồn 26 1.17 Sản phẩm chồn 26 1.18 Rèn vuốt trục bậc 27 1.19 Ép chảy 28 1.20 Kết cấu dập trong lòng khuôn hở 28 1.21 Dập trong lòng khuôn kín 29 1.22 Giản đò trạng thái Fe- C và nhiệt độ giới hạn 30 1.23 Các nguyên nhân và vị trí hỏng khuôn khi dập khối 32 2.1 Dập khối trên khuôn kín Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác trong khuôn kín 35 2.3 Sơ đồ công nghệ để chế tạo chi tiết khớp nối chữ thập 36 2.4 Sơ đồ khuôn kín dập trên máy ép trục khuỷu 39 2.5 Sơ đồ khuôn kín có cơ cấu đối áp 40 2.6 Sơ đồ khuôn kín cơ cấu đẩy trên 41 2.7 Sản phẩm dập khối chính xác 43 2.8 Sản phẩm bánh răng và sơ đồ khuôn dập khối chính xác 43 2.9 Khuôn dập khối chính xác bánh răng ở trạng thái nóng 44 2.10 Tạo hình chính xác bánh răng trụ răng nghiêng 44 3.1 Những ưu điểm của mô phỏng 47 3.2 Trình tự tối ưu hoá công nghệ nhờ mô phỏng 48 3.3 Quá trình mô phỏng 51 3.4 Giao diện chính của phầm mềm Deform 53 3.5 Các nút lệnh trên thanh công cụ 54 3.6 Giao diện ban đầu của Deform 55 3.7 Lựa chọn chế độ nhiệt khi dập 56 3.8 Lựa chọn số đối tượng khi dập 56 3.9 Nhập mô hình hình học cho các đối tượng 57 3.10 Thư viện vật liệu của phần mềm 58 3.11 Đồ thị lực dập 59 3.12 Lưới biến dạng 59 3.13 Dòng chảy của kim loại 60 4.1 Chi tiết khớp nối 62 4.2 Lắp ráp khớp trên trục truyền động 63 4.3 Mô hình phôi 64 4.4 Mô hình chày ép 65 4.5 Mô hình khuôn trên 65 4.6 Mô hình khuôn dưới Lựa chọn vật liệu cho phôi 67 4.8 Các đường cong chảy vật liệu 68 4.9 Mô hình chia lưới phần tử phôi 69 4.10 Quá trình tạo hình 75 4.11 Lưới biến dạng 76 4.12 Mức độ biến dạng 77 4.13 Lực biến dạng 77 4.14 Trạng thái ứng suất 78 4.15 Sản phẩm sau khi dập 79 4.16 Lưới biến dạng cho trường hợp dập nửa nóng ép từ 2 phía 80 4.17 So sánh các kết quả giữa dập nửa nóng ép từ 2 phía và từ 1 phía 82 4.18 Hình ảnh giữa mô phỏng và sản phẩm thực tế 83 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Ý nghĩa Trang 1.1 Ác dạng phôi, các nguyên công công nghệ và các dạng sản phẩm dập khối 19 4.1 Bảng thông số dập nguội 71 4.2 Bảng thông số dập nửa nóng ép từ 1 phía 71 4.3 Bảng thông số dập nửa nóng ép từ 2 phía 72 4.4 Bảng thông số dập nóng 73 - 7 - LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, chất lượng sản phẩm yêu cầu ngày càng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và phải đáp ứng nhanh chóng về mặt thời gian. - Do vậy, tối ưu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho tất cả các nhà sản xuất. - Trước đây, khi công nghệ chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà không có tính tổng quát nên hiệu quả thường không cao. - Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, tự động hoá đã trợ giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác bằng phương pháp mô phỏng số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất. - Ở nước ta hiện nay, mô phỏng số đã được quan tâm nhiều, nhưng chủ yếu là ở một số trường đại học cũng như các viện nghiên cứu, trong thực tiễn sản xuất hầu như chưa được ứng dụng. - Để góp phần vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu tối ưu hoá công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy ứng dụng kết quả tối ưu vào sản xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên cứu và ứng dụng phương pháp mô phỏng số nhờ phần mềm DEFROM-3D nhằm tối ưu hoá công nghệ dâp khối. - Ngoài ra luận văn này cũng bước đầu nghiên cứu và đề cập đến công nghệ dập khối chính xác ở trạng thái nửa nóng nhằm nâng cao hiệu quả dập và chất lượng sản phẩm. - Chương 1: Tổng quan công nghệ dập tạo hình các chi tiết dạng khối. - 8 - Chương 2: Nghiên cứu công nghệ dập khối chính xác. - Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số trong công nghệ dập khối. - Chương 4: Mô phỏng số và tối ưu thông số nhiệt độ trong tạo hình chi tiết khớp nối chữ thập. - Ứng dụng mô phỏng số với sự trợ giúp của phần mềm mô phỏng DEFORM-3D, sẽ cho phép nhanh chóng tối ưu được thông số công nghệ cơ bản (nhiệt độ) và hình dáng kích thước của khuôn dập. - Hà Nội, tháng 3 năm 2012 Học viên Lý Thị Thanh Huyền - 9 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH CÁC CHI TIẾT DẠNG KHỐI 1.1. - SƠ LƯỢC VỀ SẢN XUẤT CHI TIẾT DẠNG KHỐI Lĩnh vực cơ khí ngày càng phát triển, thì các yêu cầu về các sản phẩm cơ khí ngày càng cao, đặc biệt là yêu cầu về. - Độ chính xác. - Hiệu quả kinh tế… Trong công nghệ chế tạo máy có nhiều phương pháp để gia công được các sản phẩm đáp ứng các yêu cầu trên . - Tuỳ vào từng trường hợp sản xuất cụ thể mà có thể sử dụng linh hoạt các phương pháp gia công dưới đây: 1.1.1 Nhóm đúc Đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm hoàn thiện hoặc bán sản phẩm bằng cách điền đầy kim loại lỏng vào lòng khuôn đúc. - Sau khi hợp kim đông đặc thu được sản phẩm có hình dạng kích thước yêu cầu. - Sản phẩm của quá trình đúc được gọi là vật đúc. - Nếu vật đúc không cần gia công thêm, được đem dùng ngay gọi là chi tiết đúc (ví dụ: quả tạ, bi nghiền. - Các phương pháp gia công vật liệu - 10 - vật đúc phải qua các phương pháp gia công tiếp theo gọi là phôi đúc hay bán thành phẩm. - Sản phẩm Stator được đúc từ gang xám * Đặc điểm của công nghệ đúc: Vật liệu sử dụng rộng rãi, nếu nấu chảy được thì có thể đúc được, (vật liệu đúc có thể là kim loại, hợp kim, phi kim. - Vật đúc có khối lượng, kích thước từ rất nhỏ đến rất lớn (vài gam đến hàng tấn, vài mm đến hàng chục m). - Đúc cho phép chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác khó thực hiện hoặc không làm hoặc không làm được. - Công nghệ đúc và trang thiết bị tương đối đơn giản, vốn đầu tư ít, có thể tạo vật đúc có giá thành rẻ. - Khi sử dụng thiết bị và công nghệ cao có thể chế tạo vật đúc có độ chính xác cao, với năng suất cao. - Nhược điểm lớn nhất của phương pháp đúc là vật đúc có khuyết tật, tổ chức và cơ tính không đồng đều làm giảm khả năng chịu tải. - Đúc trong khuôn cát thì độ bóng, độ chính xác kém, dễ tạo rỗ khí, rỗ xỉ, lẫn tạp chất, nứt, lượng dư gia công lớn, tốn nhiều kim loại… Sản xuất đúc có từ rất lâu và ngày càng hoàn thiện để tạo ra khối lượng sản phẩm lớn trong công nghiệp. - những chi tiết dạng nén, tải trọng tĩnh, tải trọng phức tạp, khối lượng lớn bằng gang, thép…đều do sản xuất đúc tạo ra. - Nhóm gia công áp lực Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp tạo hình vật liệu dựa trên tính dẻo của vật liệu, thông qua dụng cụ, thiết bị tạo lực làm vật liệu biến dạng dẻo để tạo thành sản phẩm có hình dáng, kích thước theo yêu cầu. - Ngoại lực là yếu tố cơ bản trong gia công áp lực, góp phần tạo ra hình dáng của vật thể và tạo ra cơ tính cao hơn, giảm tiêu hao vật liệu… Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong gia công áp lực. - Nhiệt độ cao làm tăng tính dẻo của kim loại do đó dễ biến dạng dẻo vật liệu và làm giảm trở lực biến dạng, giảm sức lao động, tăng năng suất… So với đúc, gia công áp lực tạo ra sản phẩm có độ bền cao hơn, khả năng chịu lực tốt hơn, độ chính xác và độ nhẵn mặt ngoài cao hơn, tiết kiệm kim loại, năng suất cao hơn nhưng cần thiết bị tạo lực phức tạp và đắt tiền. - Sản phẩm gia công áp lực dùng chủ yếu trong các chi tiết máy, cơ cấu chịu tải trọng cao, tải trọng động hay va đập. - Vật liệu dùng gia công áp lực là các loại thép C, thép hợp kim, kim loại màu, hợp kim màu… Gia công áp lực tạo ra nhiều dạng sản phẩm khác nhau. - Có những sản phẩm đem dùng ngay gọi là chi tiết, có những sản phẩm phải qua gia công cơ tiếp theo gọi là phôi. - Cán kim loại Cán là quá trình biến dạng kim loại qua khe hở của các trục cán quay ngược chiều nhau đẻ tạo nên quá trình cán bằng bằng lực ma sát. - Sản phẩm cán có độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao. - Gia công áp lực Cán Dập tấm Dập thể tích Rèn tự do Ép kim loại Kéo Hình 1.3. - Sơ đồ phân loại gia công áp lực - 12 - Khi cán nóng tạo ra thớ kim loại theo phương cán, khi cán nguội thì độ bóng và độ chính xác cao hơn, nhưng cần lực lớn và khuôn chóng mòn. - Năng suất cao, dễ cơ khí hoá và tự động hoá Nhờ quá trình cán thực hiện ngay trong nhà máy luyện kim nên có thể giảm được nhiều khâu trung gian, hạ giá thành sản phẩm. - có thể kết hợp quá trình đúc và cán đẻ tăng lượng sản phẩm cán, giảm chi phí sản xuất. - Kéo sợi Kéo là phương pháp làm biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khuôn kéo dưới tác dụng của lực kéo. - Kéo thường tiến hành ở trạng thái nguội nên độ bóng, độ chính xác cao, nhưng thường bị biến cứng, cần ủ để phục hồi tính dẻo. - Vật liệu thường dung là thép cácbon, thép hợp kim, các hợp kim màu. - Ép kim loại Ép là phương pháp làm biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khuôn ép dưới tác dụng của lực ép. - Tuỳ theo tính dẻo của vật liệu, có thể ép nóng hoặc ép nguội. - Phôi ép có thể là thỏi cán hay sản phẩm rèn dập. - Ép tạo sản phẩm có tiết diện không thay đổi theo chiều dài, độ bong bề mặt và độ chính xác cao. - Sản phẩm ép có thể là các thỏi đặc, các loại ống với nhiều tiết diện khác nhau. - Nhược điểm là thiết bị ép cần độ cứng vững cao, lượng kim loại thừa không biến dạng trong khuôn cò nhiều. - Rèn tự do Rèn tự do là một quá trình biến dạng tự do của kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ đơn giản hoặc các thiết bị tạo lực. - Việc tạo hình nhờ bề mặt dụng cụ và trình độ tay nghề của người rèn. - Rèn tự do chất lượng không cao, độ bóng bề mặt thấp, hao phí nhiều kim loại, cường độ lao động lớn, thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ. - 13 - trong sửa chữa…nhưng có khả năng tạo ra được sản phẩm có kích thước từ rất nhỏ đến rất lớn…Vật liệu thường dùng là phôi đúc, thỏi cán. - Dập tấm Dập tấm là phương pháp biến dạng dẻo kim loại trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực, phôi ở dạng tấm tạo thành sản phẩm có hình dạng, kích thước theo yêu cầu. - Vật liệu thường dung là vật liệu dẻo như thép cácbon thấp, thép hợp kim, kim loại và hợp kim mầu…Quá trình dập thường tiến hành ở trạng thái nguội goi là dâp nguội Dập tấm có đặc điểm. - Độ bóng cao, độ chính xác rất cao, tính lắp lẫn tốt, nhiều sản phẩm không cần qua gia công cắt gọt - Độ bền và độ cứng vững cao nên tiết kiệm kim loại - Dễ cơ khí hoá và tự động hoá. - Năng suất rất cao, thường dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, giá thành hạ - Dập tấm thường dùng chế tạo các chi tiết che chắn, nắp đậy, vỏ, thùng chứa, trong các ngành ôtô, tàu, thuyền, công nghiệp thực phẩm, hàng dân dụng Hình 1.4. - Dập chi tiết vỏ ôtô được chế tạo bằng dập tấm . - Nhóm cắt gọt Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. - Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. - Bề mặt khuôn được tạo ra bằng phương pháp phay Hình 1.5.b. - Khoan để tạo lỗ trên chi tiết Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi các phương pháp gia công, dạng dao, đặc tính chuyển động… các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay, bào, khoan, doa, mài và các nhóm máy khác như gia công ren vít… Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyên dùng và đặc biệt. - Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện được các phương pháp gia công khác nhau như tiện, khoan… để gia công các chi tiết khác nhau về hình dạng và kích thước. - Máy chuyên dùng là các máy để gia công các chi tiết có cùng hình dạng nhưng kích thước khác nhau.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt