- TRƯƠNG MINH ĐỨC TRƯƠNG MINH ĐỨC NGHIÊN CỨU, TỐI ƯU CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI CHI TIẾT KHỚP NỐI ĐỒNG TỐC TRONG Ô TÔ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Hà nội LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho học viên cao học) I. - Quá trình đào tạo: 1. - Trường đào tạo. - Đại học. - Trường đào tạo: Đại học Bách Khoa Hà Nội - Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Bằng tốt nghiệp đạt loại: TBK 3. - Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 10/2009 đến 2011 - Chuyên ngành học: Công nghệ chế tạo máy - Tên luận văn: Nghiên cứu, tối ưu công nghệ dập khối chi tiết khớp nối đồng tốc trong ô tô - Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Đắc Trung 4. - Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhận 07/2006 đến 9/2009 Công ty VMEP Cán bộ kỹ thuật 10/2009 đến nay ĐH Kinh tế kỹ thuật công nghiệp Giáo viên IV. - Ngày 28 tháng 03 năm 2012 NGƯỜI KHAI KÝ TÊN ảnh 4x6 1 MỤC LỤC Danh mục hình vẽ 3 Lời cam đoan 6 Lời nói đầu 7 Bảng các ký hiệu 9 Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI VÀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY 11 1.1 Vài nét về công nghệ dập khối 11 1.1.1 Đặc điểm của công nghệ dập khối 11 1.1.2 Một số đặc diểm kỹ thuật trong dập khối 13 1.2 Dập khối theo phương pháp ép chảy 16 1.2.1 Ép chảy thuận 17 1.2.2 Ép chảy hỗn hợp 18 1.2.3 Ép chảy nghịch 18 1.3 Mục đích của nghiên cứu luận văn 20 1.4 Nhiệm vụ tối ưu công nghệ dập khối gia công chi tiết khớp nối 21 Chương 2 – NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG 22 2.1. - Tính toán công nghệ trong ép chảy thuận 22 2.1.1 Vùng thoát hình trụ I 22 2.1.2 Vùng thoát hình côn II 23 2.1.3 Vùng chứa phôi hình trụ III 29 2.1.4 Áp lực riêng đối với các dạng khuôn khác nhau 31 2.2 Tính toán công nghệ trong ép chảy nghịch 32 2.2.1 Áp lực riêng khi chày lún vào phôi kim loại 34 2.2.2 Lực biến dạng khi ép chảy ngược 34 2.3 Kết luận 41 2 Chương 3 NGHIÊN CỨU QTCN CHẾ TẠO ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DEFORM VÀO MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG TẠO HÌNH 42 3.1 Thiết lập quy trình công nghệ 42 3.1.1 Đặc điểm hình dạng chi tiết 42 3.1.2 Thiết lập các phương án công nghệ 43 3.2 Ứng dụng mô phỏng số để nghiên cứu công nghệ dập chi tiết khớp nối đồng tốc 50 3.2.1 Khái quát chung về mô phỏng số 50 3.2.2 Nghiên cứu công nghệ ép chảy bằng phương pháp mô phỏng số 52 3.3 Ứng dụng phần mềm Deform để mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết khớp nối đồng tốc 55 3.3.1 Giới thiệu chung về Deform 55 3.3.2 Các bước tiến hành mô phỏng số trong Deform Các bước cài đặt Giao diện Deform 3D và cài đặt thông số 57 3.3.3 Ứng dụng mô phỏng trên phần mềm Deform 63 3.4 Kết luận 72 Chương 4 MÔ PHỎNG SỐ TỐI ƯU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY CHI TIẾT KHỚP NỐI ĐỒNG TỐC TRONG Ô TÔ 74 4.1 Mô phỏng và đánh giá kết quả 74 4.1.1 Nhận xét ban đầu 74 4.1.2 Mô phỏng số trong quá trình ép chảy gia công chi tiết khớp nối 74 4.2 Kết luận 84 Kết luận của luận văn 85 Tài liệu tham khảo 88 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng sản phẩm của dập khối 11 Hình 1.2 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn I 13 Hình 1.3 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn 14 Hình 1.4 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn II 15 Hình 1.5 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn IV 16 Hình 1.6 Sơ đồ ép chảy thuận 17 Hình 1.7 Sơ đồ ép chảy hỗn hợp 18 Hình 1.8 Sơ đồ ép chảy ngược 19 Hình 1.9 Sự thay đổi hình dạng và kích thước của phôi trong trong ép chảy ngược phụ thuộc vào tỉ số D/d 19 Hình 1.10 Lực ép chảy ngược phụ thuộc vào tỉ số D/d 20 Hình 2.1 Sơ đồ bài toán ép chảy thuận phôi thanh có tiết diện ngang tròn 22 Hình 2.2 Sơ đồ tính toán vùng biến dạng 23 Hình 2.3 Phân bố áp lực tiếp xúc giữa phôi và thành buồng ép 29 Hình 2.4 Hình dạng hình học vùng biến dạng của một số khuôn khác nhau 31 Hình 2.5 Hệ đường trượt khi chày bắt đầu lún vào phôi 32 Hình 2.6 Hệ đường trượt khi chày đã lún vào phôi 32 Hình 2.7 Sơ đồ xác định áp lực khi ép chảy ngược 34 Hình 3.1Mô hình 3D của chi tiết 42 Hình 3.2 Hình dạng bản vẽ 2D chi tiết 43 Hình 3.3 Vị trí của khớp nối trong ô tô 44 Hình 3.4 Hình dạng phôi sau khi đã cưa 45 Hình 3.5 Hình dạng phôi sau nguyên công ép chảy 46 Hình 3.6 Hình dạng chi tiết sau nguyên công ép chảy 47 4 Hình 3.7 Bản vẽ từ phôi đúc 48 Hình 3.8 Sơ đồ so sánh quá trình tối ưu công nghệ giữa phương pháp truyền thống và phương pháp công nghệ ảo 54 Hình 3.9. - Các bước thực hiện bài toán mô phỏng trên Deform 3D 56 Hình 3.10 Giao diện chính của Deform 3D 57 Hình 3.11 Giao diện modun DEFORM-3D Pre 58 Hình 3.12 Cửa sổ cài đặt thông số điều khiển phần mềm 59 Hình 3.13 Thư viện vật liệu của Deform 3D 59 Hình 3.14 Hiệu chỉnh vị trí các đối tượng 60 Hình 3.15 Tạo tiếp xúc giữa các đối tượng 61 Hình 3.16 Giao diện của Database generation 62 Hình 3.17 Cửa sổ Deform 3D-Post 62 Hình 3.18 Giao diện Deform 3D 63 Hình 3.19 Mô hình phôi 64 Hình 3.20 Mô hình chày 64 Hình 3.21 Mô hình cối 65 Hình 3.22 Mô hình ép chảy 65 Hình 3.23 Hình học phôi sau khi đã chia lưới 66 Hình 3.24 Mô hình vật liệu 66 Hình 3.25 Giao diện Deform đang tính toán và cập nhật lưới 67 Hình 3.26 Hình ảnh một số bước tạo hình 68 Hình 3.27 Lực tác dụng của chày ép 69 Hình 3.28 Trạng thái phá hủy 69 Hình 3.29 Trạng thái biến dạng 70 Hình 3.30 Trạng thái phân bố ứng suất 70 Hình 3.31 Sự thay đổi tốc độ trong ép chảy thuận nghịch 71 Hình 3.32 Sự biến đổi trạng thái nhiệt độ 71 5 Hình 4.1 Quá trình tạo hình chi tiết 75 Hình 4.2 Biểu đố trạng thái lực lúc kết thúc 77 Hình 4.3 Biểu đồ trạng thái phá hủy lúc kết thúc 77 Hình 4.4 Phân bố biến dạng lúc kết thúc 78 Hình 4.5 Phân bố ứng suất lúc kết thúc 78 Hình 4.6 Biểu đồ trạng thái lực lúc kết thúc 79 Hình 4.7 Biểu đồ trạng thái phá hủy lúc kết thúc 80 Hình 4.8 Phân bố biến dạng lúc kết thúc 80 Hình 4.9 Phân bố ứng suất lúc kết thúc 81 Hình 4.10 Biểu đồ trạng thái lực 82 Hình 4.11 Biểu đồ trạng thái phá hủy lúc kết thúc 82 Hình 4.12 Phân bố biến dạng lúc kết thúc 83 Hình 13 Phân bố ứng suất lúc kết thúc 83 6 LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Trương Minh Đức Sinh ngày Lớp CMT Khóa 2009 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan bản luận văn với đề tài: “Nghiên cứu, tối ưu công nghệ dập khối chi tiết khớp nối đồng tốc trong ô tô” do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. - 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 vẫn còn là một vấn đề mới mẻ, hầu như chưa được ứng dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ được nghiên cứu ở một số trường đại học cũng như các viện nghiên cứu. - 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 tôi đã tập chung nghiên cứu và ứng dụng phương pháp mô phỏng số nhờ phần mềm DEFORM nhằm tối ưu hoá công nghệ ép chảy trong chi tiết khớp nối đồng tốc trong ô tô. - Chương 1 Giới thiệu tổng quan về công nghệ dập khối từ đó nghiên cứu về công nghệ ép chảy, các phương pháp ép chảy, từ đó đưa ra mục đích của việc nghiên cứu của luận văn áp dụng để gia công chi tiết khớp nối 8 Chương 2 Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của công nghệ ép chảy. - Trong chương này tập chung tính toán khảo sát bài toán ép chảy tại từng vùng riêng biệt, từ đó tổ hợp lại để xác định lực biến dạng và áp lực riêng phần. - Chương 3 Nghiên cứu QTCN chế tạo gia công chi tiết khơp nối đồng tốc trong ô tô từ đó ứng dụng phần mềm mô phỏng số để mô phỏng quá trình biến dạng Chương 4 Mô phỏng só tối ưu công nghệ ép chảy chi tiết khớp nối đồng tốc trong ô tô. - Đưa ra kết quả và lựa chọn phương án tối ưu để từ đó có thể dựa vào kết quả mô phỏng ứng dụng trong sản xuất hàng loạt Kết luận của luận văn: Đưa ra kết luận và tổng kết khi làm luận văn và hướng phát triển tiếp theo của đề tài Hà nội, ngày tháng năm 2012 Tác giả 9 BẢNG CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo A0 Diện tích mặt cắt ngang phôi ban đầu mm2 A1 Diện tích mặt cắt ngang sản phẩm mm2 C Nhiệt dung riêng J/kg.K d0 Đường kính ban đầu của phôi mm E Mô đun đàn hồi Pa Fges Lực biến dạng cần thiết KN.m G Mô đun cắt MPa K Hệ số dẫn nhiệt W/m.K kfm Ứng suất chảy trung bình N/mm2 l0 Chiều dài của phôi ban đầu mm l Chiều dài của phôi sau ép mm T Nhiệt độ tuyệt đối °K Tf Nhiệt độ nóng chảy °K −T Ten xơ ứng suất Wges Công biến dạng cần thiết KN.m V Thể tích biến dạng mm3 α Góc thoát cối ép độ ε1, ε2, ε3 Biến dạng chính εi Cường độ biến dạng ε Tốc độ biến dạng ϕ Mức độ biến dạng chính 10 ϕmax Mức độ biến dạng chính lớn nhất λ Hệ số nhân dẻo Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo µ Hệ số ma sát l ρ Mật độ khối lượng kg σ1, σ2, σ3 Ứng suất chính N/mm2 σe Ứng suất tương đương N/mm2 τ Ma sát Tresca ν Hệ số poisson 11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI VÀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY I.1 Vài nét về công nghệ dập khối. - I.1.1 Đặc diểm của công nghệ dập khối Dập khối là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhờ lợi dụng tính dẻo của kim loại tạo ra một thành phẩm có hình dạng và kích thước theo mong muốn bằng cách làm cho kim loại chảy dẻo và điền đầy vào lòng khuôn hay chảy qua lỗ thoát hoặc bị biến dạng toàn phần thể tích phôi. - Hình 1.1 Các dạng sản phẩm của dập khối Dập khối có nhiều ưu điểm, cụ thể như. - Các chi tiết được gia công bằng phương pháp tạo hình khối có độ bền độ cứng tăng, đồng thời trong quá trình tạo hình tạo ra được những thớ kim loại phù hợp nên có thể làm được những chi tiết vừa nhỏ gọn nhưng lại bền chắc có vai trò quan trọng trong công nghiệp ô tô, máy bay. - Tiết kiệm được nhiều kim loại nhất là trong sản xuất loạt lớn hoặc hàng khối nên giá thành sản xuất giảm. - Có thể tận dụng phế liệu của sản phẩm này để làm chi tiết khác. - 12 Với những ưu việt về năng suất, chất lượng sản phẩm cao, giá thành hạ, thao tác sản xuất đơn giản không đòi hỏi thợ bậc cao lại có thể chế tạo những chi tiết từ rất nhỏ đến những chi tiết rất lớn (khoảng 500 tấn) mà dập khối được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp như: Dân dụng, công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, quốc phòng. - Tuy nhiên dập khối cũng có những nhược điểm riêng. - Quá trình tạo hình cần sử dụng lực công nghệ rất lớn nên hầu hết phải thực hiện với phôi ở trạng thái nóng (15000C) do vậy chất lượng bề mặt sản phẩm thấp và độ chính xác không cao (hiện tượng cháy và thoát cacbon bề mặt) khó cơ khí hóa và tự động hóa. - Không thể tạo ra được những chi tiết có hình dạng và kết cấu phức tạp như công nghệ đúc. - Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật người ta đã ra được các thiết bị tạo hình khối với kim loại ở trạng thái nguội nên độ bóng và độ chính xác của chi tiết cao nhưng chỉ áp dụng phương pháp dập nguội đối với chi tiết nhỏ và trung bình. - Trong quá trình dập khối tùy theo hình dạng, kích thước của từng loại chi tiết người ta sử dụng các loại phôi khác nhau: Phôi thép đúc, phôi thép cán định hình, phôi thép tấm cán, phôi cán chu kỳ. - Tương ứng với mỗi loại phôi lại có một quá trình chuẩn bị phôi khác nhau, chất lượng phôi cũng vì thế mà khác nhau. - Thường quá trình dập khối qua 3 giai đoạn: 1. - Giai đoạn nguyên công chuẩn bị, trong giai đoạn này có thể tạo hình sơ bộ cho phôi 2. - Giai đoạn các nguyên công tạo hình chính. - Giai đoạn các nguyên công riêng lẻ để hoàn chỉnh sản phẩm. - 13 Thiết bị dung để dập khối là các máy búa, máy ép trục khuỷu dập nóng, máy ép ma sát trục vít, máy ép thủy lực, máy rèn ngang, một số máy chuyên dùng và sử dụng các trang bị kèm theo như khuôn dập. - Hình dạng của chi tiết thu được hoàn toàn phụ thuộc vào các lòng khuôn dập này. - Sự biến dạng của kim loại trong lòng khuôn dập (khuôn kín, khuôn hở, khuôn ép chảy) trong quá trình dập là khác nhau dẫn đến chất lượng sản phẩm và độ bền khuôn cũng khác nhau. - Ở các nước công nghiệp phát triển trên thế giới các nhà máy dập khối được đầu tư lớn cả về công nghệ và thiết bị, sản phẩm của các nhà máy này chiếm đến trên 50% tổng số khối lượng sản phẩm công nghiệp chế tạo máy nói chung. - Hiện nay ở nước ta dập khối chưa được phát triển lắm, tuy nhiên với tốc độ phát triển của nền công nghiệp hiện nay Nhà nước ta đang chú ý nhiều đến việc đẩy mạnh phát triển công nghệ này. - I.1.2 Một số đặc điểm kỹ thuật trong dập khối: Dập khối là quá trình phân bố lại kim loại phôi một cách cưỡng bức làm điền đầy các khoảng trống trong lòng khuôn. - Có 3 loại lòng khuôn dập khối là: Khuôn dập hở, khuôn dập kín, khuôn ép chảy và sự điền đầy của kim loại vào các lòng khuôn này có thể chia thành 4 giai đoạn sau đây: 1) Giai đoạn I: Hình 1.2 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn I 14 Kim loại biến dạng theo nguyên tắc chồn tự do, bắt đầu từ đầu cho đến khi kim loại tiếp xúc với thành bên của lòng khuôn, tức là khi chiều cao phôi giảm đi một lượng là ∆H1. - Ở một số vật phức tạp thì trong giai đoạn này có thể kết hợp giữa chồn và đột lỗ hoặc ép chảy. - Áp lực lực đơn vị ở giai đoạn này thấp, chỉ có các lực P và lực ma sát T tác dụng trên bề mặt tiếp xúc. - 2) Giai đoạn II: Hình 1.3 Quá trình điền đầy lòng khuôn dập hở ở giai đoạn II Bắt đầu từ khi kim loại tiếp xúc với các mặt bên của lòng khuôn cho đến khi cửa khuôn bị đóng lại (bắt đầu cấu tạo vành biên). - Trong giai đoạn này tại các bề mặt tiếp xúc có các lực P tác dụng từ đáy lòng khuôn lên phôi. - lực Q tác dụng từ các mặt bên của lòng khuôn, và vì các góc của lòng khuôn “C” còn chưa điền đầy cho nên vẫn còn có các lực ma sát T và T1 cản trở sự chảy của kim loại vào các góc “C”. - Đến cuối giai đoạn này vì cửa khuôn bị đóng lại bằng vành biên cho nên tại cửa khuôn có các lực pháp tuyến Pb và lực ma sát T2 tác dụng lên kim loại. - Vì có thêm một số thành phần lực tiếp xúc cho nên áp lực đơn vị tác dụng lên kim loại cũng tăng lên nhanh hơn so với giai đoạn I.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt