BÀI báo cáo học tập môn CÔNG NGHỆ CADCAE CHỦ đề PHÂN TÍCH CAE về CHI TIẾT mũi KHOAN

Điều này bao gồm mô phỏng, xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất.Các lĩnh vực ứng dụng của CAE trong các ngành công nghiệp và trong đời sống là không có giới

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KĨ THUẬT GIAO THÔNG

***

BÀI BÁO CÁO HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ CAD/CAE

CHỦ ĐỀ: PHÂN TÍCH CAE VỀ CHI TIẾT MŨI KHOAN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: HUỲNH LÊ HỒNG THÁI

SINH VIÊN: HỒ VIẾT HÒA

MSSV: 62130594

LỚP: 62.CKDL

Nha Trang, ngày 12 tháng 01 năm 2021

MỤC LỤC

I Giới thiệu chung 3

1 Giới thiệu CAE 3

2 Giới thiệu về chi tiết mũi khoan 3

3 Công dụng 3

II Các bước phân tích CAE 3

III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan 4

1 Bước 1: Xây dựng mô hình 3D bằng SolidWorks 4

2 Bước 2: Chọn kiểu phân tích 4

3 Bước 3: Nhập các thông số đầu vào cho chi tiết 4

4 Bước 4: Thiết lập điều kiện biên 5

5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực 5

6 Bước 6: Chia lưới 6

7 Bước 7: Phân tích kết quả 7

IV Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến kết quả 8

1 Bài toán 1: Xét sự ảnh hưởng của vật liệu 8

2 Bài toán 2: Xét sự ảnh hưởng của độ lớn lực 11

3 Bài toán 3: Xét sự ảnh hưởng của hướng đặt lực 14

4 Bài toán 4: Xét sự ảnh hưởng của cách chia lưới 16

V Kết luận 22

1 Độ bền 22

2 Kiến nghị 22

I Giới thiệu chung:

1 Giới thiệu về CAE:

CAE (Computer Aided Engineering) là công nghệ sử dụng hệ thống máy tính để

phân tích các chức năng của sản phẩm do CAD tạo ra, cho phép các nhà thiết kế mô

phỏng, tính toán cách sản phẩm sẽ hoạt động Sao cho thiết kế có thể được tinh

chỉnh và tối ưu hóa phù hợp với các điều kiện thực tế

Điều này bao gồm mô phỏng, xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và

công cụ sản xuất.Các lĩnh vực ứng dụng của CAE trong các ngành công nghiệp và

trong đời sống là không có giới hạn: Hàng không – vũ trụ, quốc phòng, năng lượng,

kiến trúc – xây dựng, cơ khí, thiết bị công nghiệp, hàng tiêu dùng, công nghệ cao,

vận tải, khoa học đời sống, sinh học – y học … Thậm chí là trong các quy trình, tiện

ích dịch vụ, giáo dục…

- MỤC TIÊU:

o Tìm được ứng suất, chuyển vị, biến dạng của cơ cấu cần phân tích

o Xét sự ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu, độ lớn về lực, phương đặt lực, chia lưới cơ cấu cần phân tích

o Tối ưu hóa cơ cấu

- MỤC ĐÍCH:

o Kiểm tra tính bền của chi tiết mũi khoan

o Mô phỏng hình dáng kết cấu trước khi chế tạo

2 Giới thiệu về chi tiết mũi khoan:

Mũi khoan là một chi tiết không thể thiếu trong máy khoan, nó đóng vai trò như lưỡi cắt

trong máy cắt sắt.

Định nghĩa mũi khoan

Nhìn vào hình dáng bên ngoài có thể thấy mũi khoan có cấu tạo gồm 2 phần là

phần chuôi và phần làm việc

Phần chuôi: Để gắn mũi khoan vào máy khoan.

Phần làm việc: Đảm nhận nhiệm vụ cắt gọt và khoét lỗ trên bề mặt vật liệu Vì

vậy phần làm việc của mũi khoan cũng được chia thành 2 bộ phận là lưỡi

cắt chính (tức là phần đầu của mũi khoan, nó sắc lẹm và đóng vai trò quyết

định máy khoan có khoan lỗ được hay không) và lưỡi cắt phụ (nằm trên các

rãnh xoắn, vai trò tạo hình và đưa vật liệu thừa ra khỏi lỗ khoan)

Mũi khoan trên là mũi khoan gỗ xoắn thông dụng twist có cấu tạo đặc biệt

Là loại mũi khoan thông dụng dùng được cho cả khoan sắt, khoan gỗ, khoan bê

tông… Một số kích thước phổ biến như: 6mm, 8mm, 10mm, 12,7mm, 15mm

và 16mm

Thường được làm từ thép hợp kim có độ cứng cao, giá bán cho mỗi loại mũi thường

sẽ phụ thuộc vào thương hiệu và vật liệu sản xuất Đối với các sản phẩm của Trung

Quốc giá có thể chỉ từ 100,000 VND cho đến 500,000 VND Với các thương hiệu

đến từ Nhật Bản, Châu Âu… thì giá có thể lến đến tiền triệu cho mỗi mũi khoan

3.Công dụng

Chức năng chính của mũi khoan là để khoét lỗ trên bề mặt vật liệu như trên gỗ, đá, gạch,

kim loại, nhựa…

II Các bước phân tích CAE:

Để phân tích CAE chi tiết mũi khoan ta thực hiện các bước sau:

o Bước 1: Xây dựng lại mô hình 3D bằng Solidworks

o Bước 2: Chọn kiểu phân tích

o Bước 3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết

o Bước 4: Thiết lập các điều kiện biên

o Bước 5: Chọn mặt phẳng đặt lực

o Bước 6: Chia lưới

III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan :

1 Bước 1: Xây dựng mô hình 3D bằng Solidworks.

Bản vẽ 2D của chi tiết Cờ lê (như hình 1)

Hinh 1: THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC 2D CỦA MŨI KHOAN

- Từ hình 1 ta xây dựng mô hình 3D bằng Solidworks (như hình 2)

Hinh 2: MÔ HÌNH 3D MŨI KHOAN TRÊN SOLIDWORKS

2 Bước 2: Chọn kiểu phân tích:

- Để phân tích về ứng suất, chuyển vị, biến dạng dưới tác dụng của lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích static (tĩnh)

3. Bước 3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết

Trên thực tế các chi tiết mũi khoan tùy vào mục đích và điều kiện sử dụng khác nhau mà

chúng cũng được chế tạo từ các vật liệu khác nhau.

- Trong bài toán này ta chọn chi tiết được chế tạo từ vật liệu alloy steel (thép hợp kim) có thông

số như bảng 1

Bảng 1: THÔNG SỐ VẬT LIỆU

4. Bước 4: Thiết lập điều kiện biên

Chọn các mặt phẳng cố định trong khi làm việc: theo điều kiện là việc của mũi khoan ta chọn bề

mặt mũi nhọn cuối mũi khoan khi tác dụng với trong quá trình làm việc là mặt phẳng cố định

(như hình 3)

HÌNH 3: THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN

5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực:

Trong thực tế khi chi tiết làm việc thì momen xoắn tác dụng lên phần đầu của mũi

khoan hướng lên trên hay xuống phía dưới thì tùy vào mục đích sử dụng Trong

bài này ta phân tích nó là momen xoắn hướng từ trên xuống

Vì của mũi khoan có thể khoét lỗ trên bề mặt vật liệu như trên gỗ, gạch,

kim loại, … nên ta cho ta chọn momen xoắn là 60N

6 Bước 6: Chia lưới

Chọn kiểu chia lưới tự động của Solidworks (như hình 5) và thông số chia lưới (như

bảng 2)

-Tăng mức độ chính xác của phân tích với những chi tiết mà không

làm chậm quá trình tính toán đi nhiều

-Khắc phục một số lỗi khi một số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn

hơn phần tử trung bình cần thiết của lưới

Hình 5: Chia lưới mặc định của solidworks

Bảng 2: Thông số chia lưới mặc định của Solidworks

7 Bước 7: Phân tích kết quả:

-Bài toán này cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng

A)Ứng suất

Hình 6: Kết quả phân tích ứng suất trên solidworks.

Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất

cho phép =4.110e + 05.Ứng suất max=6.204e + 08 N/m2,

b)Chuyển vị

Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được điểm chuyển vị

lớn nhất là phần đầu của mũi khoan nơi giao nhay của mũi

khoan và đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max là 1,348e-03

c)Biến dạng

Hình 8.Kết quả phân tích kết quả biến dạng

Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có

biến dạng lớn nhất là phần thân xoắn của mũi khoan có

độ lớn là 1.232e-06

IV Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến

kết quả phân tích:

1 Bài toán 1: Xét sự ảnh hưởng của vật liệu đến kết quả phân tích:

- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi vật liệu chi tiết: Cast carbon steel (đúc thép cacbon) có bảng thông số như bảng 3

Property Cast carbon steel Alloy steel Units

(đúc thép cacbon) (thép hợp kim)

Thermal Conductivity 30 50 W/(m.K)

> Ta thu được các kết quả về ứng suất,chuyển vị và biến dạng của kim loại tấm

a Ứng suất:

Hinh 9: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA SOLIDWORKS

Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất

cho phép =4.015e + 05.Ứng suất max=2.482e + 08 N/m2,

b)Chuyển vị

Hình 10.Kết quả phân tích chuyển vị

Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được điểm chuyển vị

lớn nhất là phần đầu của mũi khoan nơi giao nhay của mũi

khoan và đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max là 1,447e-03

c) Biến dạng

Hình 11.Kết quả phân tích biến dạng

Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có

biến dạng lớn nhất là phần thân xoắn của mũi khoan có

độ lớn là 1.288e-06

Kết luận :

Thông số Alloy steel Cast carbon steel

Ứng suất

Chuyển vị

Biến dạng

Ứng suất Max cho phép

KẾT LUẬN: Khi thay đổi vật liệu từ Alloy steel (thép hợp kim) sang vật liệu Cast carbon

steel (đúc thép cacbon) thì chỉ thay đổi về ứng suất Max cho phép từ 6.204e + 08 N/m^2 và

2.482e+08 N/m^2 và các thông số khác về ứng suất, chuyển vi, biến dạng thì gần sấp xĩ nhau

2 Bài toán 2: Xét sự ảnh hưởng của độ lớn lực đến kết quả phân tích

Ở bài toán này ta giữ nguyên vật liệu alloy steel, chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi độ lớn lực F= 80 (N)

KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG.

a Ứng suất:

Hinh 12: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT

Ứng suất lớn nhất có độ lớn 5.479e+05 ( N/m2) Ứng suất cho phép lớn nhất =6.204e+08 (

N/m2).

b Chuyển vị:

Hinh 13: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ

- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được chuyển vị lớn nhất có độ lớn 1.797e-03 tại vị trí đầu phần của mũi khoan

c Biến dạng:

Hinh 14: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG

- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là ở giữa thân đến phần cuối mũi khoan có độ lớn là 1.643e-06

KẾT LUẬN: Khi thay đổi độ lớn lực tác dụng F= 60 (N) thành F= 80 (N) thì thay đổi các

thông số về ứng suất, chuyển vị, biến dạng như sau:

Ứng suất

Chuyển vị

Biến dạng

Ứng suất Max cho phép

Nhìn vào bảng ta có thể thấy ứng suất của 60N tăng từ 4.110e+05 lên 5.479e+05, chuyển vị và

biến dạng cũng tăng theo, còn ứng suất max cho phép thì không thay đổi.

- Ta có bảng kết quả phân tích ứng suất, chuyển vị, biến dạng của các lực F=20N, F= 40N, F= 60N, F= 80N, F= 100N của vật liệu alloy steel như bảng 5

Bảng 5: THÔNG SỐ ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG CỦA LỰC 100, 200, 300,

400, 500

Ứng suất Max 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08

cho phép

TỪ BẢNG TA CÓ BIỂU ĐỒ VỀ MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LỚN LỰC VÀ ỨNG

SUẤT SINH RA TRÊN MŨI KHOAN (như hình 15)

Biểu đồ 1:Mối quan hệ giữ Lực và chuyển vị

Biểu đồ 2: Mối quan hệ của Lực và ứng suât

Biểu đồ 3 : Mối quan hệ giữa Lực và Biến dạng

3 Bài toán 3: Xét sự ảnh hưởng của hướng đặt momen xoắn đến kết quả phân tích:

- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi hướng đặt lực ngược chiều như hình 18

Hinh 18: CHỌN HƯỚNG ĐẶT LỰC

a Ứng suất:

Hinh 19: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT

- Ứng suất lớn nhất có độ lớn bằng 4.110e+05 ( N/m2) ứng suất cho phép lớn nhất là

b Chuyển vị:

Hinh 20: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA SOLIDWORKS

- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được chuyển vị lớn nhất có độ lớn 1.348e-03

tại vị trí phần đầu mũi khoan

c Biến dạng:

Hinh 21: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG TRÊN SOLIDWORKS

- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng giao nhau phần giữa và phần cuối của mũi khoan có độ lớn là 1.232e-06

KẾT LUẬN: Khi thay đổi chiều của momen xoẵn tác dụng thì ta nhận thấy ứng xuất Max cho

phép và chuyển vị ,ứng suất, biến dạng đều không thay đổi (như bảng 6)

Bảng 6: SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA HƯỚNG ĐẶT LỰC

4 Bài toán 4: Xét sự ảnh hưởng của chia lưới đến kết quả phân tích:

- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, hướng đặt lực, các điều kiện biên như ở phần III nhưng thay đổi cách chia lưới

1 Độ bền.

- Khi thay đổi vật liệu Alloy steel (thép hợp kim) thành Cast carbon steel (đúc thep cacbon )ta thấy ứng suất , chuyển vị , biến dạng thay đổi ít nhưng ứng suất max thì thay đổi nhiều từ 6.204e + 08 xuống còn 2.482e + 08

- Độ lớn lực khi thay đổi từ 60 (N) lên 80 (N) cho thấy chi tiết mũi khoan có độ bền giảm dần khi lực tăng

- Ảnh hưởng của chiều đặt momen xoắn ngược lại với chi tiết cho thấy ứng suất và chuyển vị , biến dạng và cả ứng suất max đều không thay đổi gì

- Qua phân tích ta thấy việc chia lưới có ảnh hưởng lớn đến ứng suất, chuyển vị, biến dạng

2 Kiến nghị.

- Để chi tiết có các thông số tốt hơn về hệ số an toàn, ứng suất, biến dạng, chuyển vị thì ta có thể áp dụng các cách sau:

o Tăng kích thước chi tiết lên

o Thay đổi các vật liệu có các thông số kỹ thuật tốt hơn

o Giảm đường kính góc bo giữa thân và đầu chi tiết