Nghiên cứu ảnh hưởng của lực và tốc độ chày trong quá trình dập chi tiết dạng tấm

TÊN ĐỀ TÀI: TRÌNH DẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Ứng dụng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và lý thuyết phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình gia công dập.. TÓM TẮTDập là m

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN HỮU PHƯỚC

TỐC ĐỘ CHÀY TRONG QUÁ TRÌNH DẬP CHI

TIẾT DẠNG TẤM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Tuấn Phương Nam

Người ph n biện 1: TS Đặng Hoàng Minh

Người ph n biện 2: TS Đào Thanh Phong

Luận văn thạc sĩ được b o vệ tại H i đồng chấm b o vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 11 năm 2017 Thành phần H i đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 PGS TS Bùi Trung Thành

2 TS Đặng Hoàng Minh

3 TS Đào Thanh Phong

4 TS Vũ Duy Thắng

5 TS Ao Hùng Linh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Hữu Phước MSHV: 15001391 Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1981 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã chuyên ngành: 60520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

TRÌNH DẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Ứng dụng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và lý thuyết phần tử hữu hạn để mô

phỏng quá trình gia công dập

Do hạn chế v thời gian, đ tài tập trung làm th c nghiệm với phôi dạng tấm để tạo racác chi tiết (s n ph m) hình trụ, các mẫu phôi được chọn th c hiện cho th c nghiệmnhư sau:

Các thông số đầu vào: Các vận tốc được xem x t trong th c nghiệm t 5mm/s, 10mm/s, 15mm/s [1,2] Và b dày phôi

Mẫu 1: B dày: 1.0mm đường kính 110mm

Mẫu 2: B dày: 1.2 mm đường kính 110mm

Mẫu 3: B dày: 1.5 mm đường kính 110mm

Nghiên cứu nh hưởng của tốc đ cối tới l c dập và b dày chi tiết trong quátrình gia công dập

Không nghiên cứu khuyết tật nhăn của quá trình gia công dập

Thiết kế thiết bị để đo l c dập trong quá trình gia công dập

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: theo QĐ Số: 1756 /QĐ-ĐHCN ngày 27 tháng 03năm 2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/10/2017

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Tuấn Phương Nam

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2017

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học cao học tại trường đại học công nghiệp thành phố Hồ ChíMinh, tôi đã được ban lãnh đạo khoa Cơ Khí, tập thể Thầy, cô gi ng viên của khoa

cơ khí đã tạo đi u kiện, giúp đỡ tôi có đi u kiện học tập, nghiên cứu nâng cao trình

đ phục vụ cho công việc của mình Tôi xin trân trọng gửi đến Quý Thầy, Cô củatrường lời c m ơn chân thành

Để hoàn thành khóa học, tôi đã được TS Lê Tuấn Phương Nam hướng dẫn th chiện luận văn cuối khóa cao học Tôi xin được gửi lời c m ơn đến TS Lê TuấnPhương Nam đã tận tình chỉ dẫn giúp cho tôi hoàn thành luận văn cuối khóa họccao học

Trong quá trình th c hiện nghiên cứu làm luận văn, tôi đã được s giúp đỡ của cácđồng nghiệp tại cơ quan làm việc như: TS Châu Minh Quang, ThS Đinh VănBằng, NCS.ThS Diệp B o Trí, ThS NguyễnTrung Dũng, ThS Trần Công Hùng,ThS.Hoàng Long Vương, ThS Đặng Văn Ánh đã tạo đi u kiện cho tôi được mượndụng cụ, thiết bị, gia công cơ khí, góp ý trong quá trình th c nghiệm tại xưởng th chành cắt gọt cơ khí, xưởng th c hành cơ điện, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM Tôi xin trân trọng c m ơn các Quý đồng nghiệp

TÓM TẮT

Dập là m t phương pháp gia công kim loại bằng áp l c, để tạo hình chi tiết tphôi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạngcủa khuôn S n ph m gia công theo phương pháp này có ưu điểm là có đ b n, chịuđược áp l c cao hơn so với gia công theo các phương pháp khác, tiết kiệm đượcnguyên vật liệu, gi m chi phí đầu tư ban đầu, thích hợp cho s n xuất đơn chiếc,

hàng loạt nhỏ S n ph m s n xuất theo phương pháp dập ứng dụng r ng rãi cho cácngành như: gia dụng, ô tô, không gian vũ trụ, y tế, dầu khí, quốc phòng,…

Trong luận văn này, khuôn dập được thiết kế để gia công dập cho các phôi dạng tấm

là nhôm A1050 có đường kính d = 110mm với b dày t = 1 và 1.2mm ở ba vận tốc

v = 5, 10 và 15mm/s Với khe hở giữa cối và chày trong kho ng 1.15t, không biếnmỏng thành và có chặn phôi L c dập trong quá trình dập ở ba vận tốc trên được đobởi loadcell dạng thanh Van tiết lưu ổn tốc được dùng đi u khiển vận tốc của xylanh thủy l c cùng với vận tốc mong muốn cho cối trong quá trình dập

Mô phỏng số quá trình gia công dập được th c hiện với phần m m Pam – Stamp với các thông số đầu vào của quá trình th c nghiệm Kết qu mô phỏng số giúpchúng ta có thể d đoán ứng suất dư và khuyết tật trên b mặt chi tiết sau gia công;

d đoán đ mỏng và đ dày chi tiết, vị trí nhăn và rách chi tiết hay đ đàn hồingược của vật liệu, và l c dập T đó hạn chế các khuyết tật s n ph m, gi m phế

ph m trước khi gia công th c tế Kết qu l c dập thu được ở mô phỏng so sánh vớikết qu l c dập th c nghiệm ở ba vận tốc v = 5, 10 và 15 mm/s cho hai b dày t = 1

và 1.2 mm với sai số trong kho ng t 3.82% đến 18.11%

Kết hợp giữa th c nghiệm và mô phỏng quan sát l c, mỏng thành, đ nhám và ứngsuất dư Các chỉ số ở trên cho thấy vận tốc thay đổi thì l c dập thay đổi ít và ứngsuất dư ít thay đổi Với v = 15mm/s, kết qu mô phỏng và th c nghiệm có l c nhỏnhất, ứng suất dư và vùng giới hạn tạo hình ít nh hưởng tới s thay đổi vận tốc, đmỏng và đ dày của chi tiết có s thay đổi nhưng phụ thu c vào tấm vật liệu banđầu Đ nhám b mặt là tương đối thấp và cho s n ph m đạt yêu cầu: v hình dáng,kích thước và chất lượng b mặt Vì vậy với các tiêu chí trên khi gia công, vận tốc v

= 15mm/s là tốt nhất cho quá trình gia công dập cho các trường hợp xem x t trongluận văn này

Stamping process is a method of metal sheet forming by pressure, to form the profile of piece from the sheet blank under the stamping force resulting in local deformation according to the profile of the die Pieces are manufactured by this method have the advantages in comparing with other sheet metal forming methods such as spinning, and rolling: saving materials, reducing initial investment costs, suitable for single-unit production and small mass-production Products manufactured by stamping methods are widely used for industries such as home appliances, automotive, aerospace, medical, petroleum and defense

In this thesis, the die is designed for punching for sheet metal A1050 aluminum with a diameter of 110mm and two thicknesses t = 1 and 1.2mm at three velocities v

= 5, 10 and 15mm/s With a gap between the die and the punch about 1.15t, do not turn thin and blank clamped The stamping force at these three velocities is measured by the loadcell The flow control valve is used to control the velocity of the hydraulic cylinder at the desired speed of the die during the stamping process.Simulation of the stamping process is undertaken with the Pam-Stamp software with the same of the parameters of the experimental process Simulation results allow us to predict the residual stress, and defect the failures on the surface after processing; to predict the thickness and thinning of the piece, the location of the wrinkle and tear, or the spring-back phenomena This simulation will help to reduce the failure products The results of the stamping force obtained in the simulations were compared with those of the experiments at three velocities v = 5, 10 and 15 mm/s for the thicknesses t = 1mm and t = 1.2mm with the uncertainties ranging from 3.82% to 18.11%

All results between the experiment and simulation such as the stamping force, thinning, roughness and residual stress are observed to point out that the velocity change slightly affect the change in stamping force and the residual stress With the velocity v = 15mm/s, the simulation and experimental results show the Minimum stamping force The residual stress and FLD location are less likely to affect the velocity change The change of thinning and thickness of the piece has the change that depends on the initial thickness of the blank The surface roughness is relatively low and the pieces satisfy the requirements as: shape, size and surface quality So with the above criteria the velocity v = 15mm/s should be chosen for stamping processes of the cases considered in this thesis

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các kết qu nghiên cứu vàcác số liệu trong luận văn là trung th c, không sao ch p t bất kỳ m t nguồn nào vàdưới bất kỳ hình thức nào Việc tham kh o các nguồn tài liệu đã được th c hiệntrích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham kh o đúng quy định

Học viên

Nguyễn Hữu Phước

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

1 Vấn đ nghiên cứu 2

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .4

5 Ý nghĩa th c tiễn của đ tài 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1.1 Giới thiệu 8

1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng trong quá trình gia công dập .8

1.2.1 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo .8

1.2.2 B n dẻo 10

1.2.3 Dẻo nguyên chất 11

1.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn .11

1.2.5 Ứng dụng cho chi tiết dạng tấm mỏng, dẻo .11

1.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 17

1.3.1 Phân tích kỹ thuật khuôn dập 17

1.3.2 L c: 18 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH GIA CÔNG DẬP PHÔI DẠNG

2.1 Sơ đồ th c nghiệm .21

2.2 Thiết bị, vật tư .22

2.2.1 Thiết bị dập .22

2.2.2 Van tiết lưu đi u khiển tốc đ cối .23

2.2.3 C m biến đo l c .25

2.2.4 B khuếch đại 26

2.2.5 B thu và chuyển đổi tín hiệu .27

2.2.6 B nguồn điện 24V .28

2.2.7 Máy tính xách tay 29

2.2.8 Phôi nhôm A1050 .29

2.2.9 Cối (Khuôn trên) .31

2.2.10 Mặt bích giữ phôi .31

2.2.11 Trục dẫn hướng .32

2.2.12 Chày ( Khuôn dưới) .32

2.2.13 Đồ gá c m biến loadcell 33

2.2.14 Lò xo .34

2.3 Kết qu đo l c dập .35

2.3.1 Mẫu 01 với t = 1mm 35

2.3.2 Mẫu 02 với t = 1.2 (mm) 37

2.4 B dày chi tiết 39

2.5 Đ nhám b mặt .40

2.6 M t số hình nh thí nghiệm: 43

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH DẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VỚI PHẦN MỀM PAM – STAMP 48

3.1 Tổng quan v phần m m Pam – Stamp 48

3.2 Mô hình số trong mô phỏng quá trình dập 49

3.3 Phần tử 52

3.4 Chia lưới 54

3.5 Tiếp xúc và ma sát 54

3.7 Kết qu đạt được trong quá trình mô phỏng .56

3.7.1 Mẫu 1 với t = 1mm 57

3.7.1.1 Ứng suất dư của chi tiết .57

3.7.1.2 L c dập 57

3.7.1.3 Đ dày chi tiết .59

3.7.1.4 Vùng giới hạn tạo hình ( FLD: forming limit diagram) 60

3.7.1.5 Đ mỏng đi của chi tiết .60

3.7.2 Mẫu 2 với t = 1.2mm 61

3.7.2.1 Ứng suất dư của chi tiết .61

3.7.2.2 L c dập 61

3.7.2.3 B dày chi tiết 64

3.7.2.4 Vùng giới hạn tạo hình (FLD: Forming limit diagram) 64

3.7.2.5 Đ mỏng đi của chi tiết .65

3.7.3 Mẫu 3 với t = 1.5mm 65

3.7.3.1 Ứng suất dư của chi tiết .65

3.7.3.2 L c dập 66

3.7.3.3 Đ mỏng đi của chi tiết .67

3.7.3.4 Vùng FLD .67

3.7.3.5 Đ dày của chi tiết .68

3 8 Kết luận: 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 Kết luận 72

2 Kiến nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 76

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1 S n Ph m ứng dụng trong công nghiệp quốc phòng .5

Hình 0.2 S n ph m ứng dụng ngành gia dụng [6] 6

Hình 0.3 S n ph m ứng dụng trong ngành y tế [6] 6

Hình 0.4 Sơ đồ biểu diễn quá trình gia công chi tiết bằng phương pháp dập [7] .7

Hình 1.1 Hình dáng tấm chi tiết gần giống hình nón cụt .14

Hình 1.2 Bước 1 quá trình gia công dập .19

Hình 1.3 Bước 2 quá trình gia công dập .20

Hình 1.4 Bước gần kết thúc quá trình gia công dập [7] 20

Hình 2.1 Sơ đồ th c nghiệm .21

Hình 2.2 Thiết bị dập .22

Hình 2.3 Van tiết lưu ổn tốc hiệu Yuken, FG- 02- 03- 03 .23

Hình 2.4 Sơ đồ hoạt đ ng van ổn tốc 24

Hình 2.5 Thiết bị để hiệu chỉnh van tiết lưu để đạt tốc đ cối mong muốn 24

Hình 2.6 C m biến l c đơn CBSB- 5T .25

Hình 2.7 B khuếch đại tín hiệu 27

Hình 2.8 B thu và chuyển đổi tín hiệu FTezDAQ .27

Hình 2.9 Giao diện hiển thị phần m m FTezDAQ 2.0 .28

Hình 2.10 B nguồn điện 24V .29

Hình 2.11 Phôi hợp kim nhôm chu n bị dập .30

Hình 2.12 Phôi nhôm b dày 1mm 30

Hình 2.13 Phôi nhôm b dày 1.2mm .30

Hình 2.14 Cối (Khuôn trên) .31

Hình 2.15 Mặt bích giữ phôi .31

Hình 2.16 Trục dẫn hướng .32

Hình 2.17 Chày (Khuôn dưới) .33

Hình 2.18 Đồ gá cho c m biến loadcell .33

Hình 2.19 Lò xo .34

Hình 2.20 B n vẽ khuôn tạo hình 35

Hình 2.21 L c dập (KN), t= 1mm, v = 5mm/s .35

Hình 2.22 L c dập(KN), t= 1mm, v = 10mm/s .36

Hình 2.23 L c dập(KN), t= 1mm, v = 15mm/s .36

Hình 2.24 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 5mm/s .37

Hình 2.25 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 10mm/s .38

Hình 2.26 L c dập(KN), t= 1.2mm, v = 15mm/s .38

Hình 2.27 Chi tiết được cắt làm hai để kiểm tra b dày 40

Hình 2.29 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm ( v = 5mm/s) 41

Hình 2.30 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm (v = 10mm/s) 42

Hình 2.31 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1mm (v = 15mm/s) 42

Hình 2.32 Đ nhám của mẫu có b dày t = 1.2mm .43

Hình 2.33 Thiết bị dập và chi tiết dập 44

Hình 2.34 Phôi đặt lên tấm giữ phôi .44

Hình 2.35 Cận c nh quá trình gia công 45

Hình 2.36 Nửa hành trình dập 45

Hình 2.37 S n ph m sau gia công 46

Hình 2.38 S n ph m sau gia công được đánh số .46

Hình 2.39 S n ph m sau gia công được đánh số kiểm tra .47

Hình 3.1 Mô hình tổng hợp phần tử, nút và chia lưới 49

Hình 3.2 Đường biến cứng của nhôm, A1050 .51

Hình 3.3 Mô hình số trong mô phỏng 51

Hình 3.4 Phần tử 3 nút .52

Hình 3.5 Phần tử 4 nút .53

Hình 3.6 Mô hình chọn phần tử tấm 4 nút cho mô phỏng số 53

Hình 3.7 Chia lưới chày, cối và phôi trong quá trình mô phỏng .54

Hình 3.8 Tiếp xúc hàm phạt 55

Hình 3.9 Mô phỏng số nghiệm quá trình dập chi tiết dạng trụ .56

Hình 3.10 Mô phỏng chi tiết quá trình dập .56

Hình 3.11 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập .57

Hình 3.12 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 5mm/s .58

Hình 3.13 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 10mm/s .58

Hình 3.14 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 15mm/s .59

Hình 3.15 Ảnh hưởng đ biến đổi b dày trên suốt chi u dài chi tiết(mm) .59

Hình 3.16 Vùng giới hạn tạo hình (FLD) .60

Hình 3.17 Đ mỏng đi của chi tiết (mm) .60

Hình 3.18 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập .61

Hình 3.19 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết(mm), v = 5mm/s .62

Hình 3.20 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 10mm/s .62

Hình 3.21 So sánh l c dập trên chi u dài chi tiết (mm), v = 15mm/s .63

Hình 3.22 B dày chi tiết sau khi dập (mm) .64

Hình 3.23 Vùng FLD sau quá trình dập 64

Hình 3.24 Đ mỏng đi của chi tiết (mm) .65

Hình 3.25 Ứng suất dư (MPa) x y ra trong quá trình dập .66

Hình 3.26 L c trên chi u dài chi tiết (mm), t = 1.5mm, v = 10mm/s 66

Hình 3.29 Đ mỏng đi của chi tiết (mm) .68Hình 3.30 L c dập trên suốt chi u dài chi tiết, v = 10mm/s 68

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ng 2.1 Số công tơ – m t trên van ổn tốc .25

B ng 2.2 Thông số kỹ thuật của c m biến l c CBSB – 5T .26

B ng 2.3 Đặc tính thông số vật liệu nhôm 29

B ng 2.4 Thông số lò xo .34

B ng 3.1 Thông số đường kính chày và cối 50

B ng 3.2 Đặc tính của hợp kim nhôm A1050 cho mô phỏng 50

B ng 3.3 B ng tóm tắt l c, chất lượng b mặt và đ mỏng thành, t = 1mm .70

B ng 3.4 B ng tóm tắt l c, chất lượng b mặt và đ mỏng thành, t = 1.2mm .70

d Đường kính ngoài chi tiết hình trụ.

dA khu v c tăng đ dày tấm mỏng chi tiết dV = tdA.

dE Biến dạng th c tế

dE p Thành phần tăng biến dạng dẻo

du Phần tử chuyển vị tăng của chi tiết

dλ Hệ số tỉ lệ của vật liệu dẻo

tiến, sẽ tốn rất nhi u chi phí Vấn đ cấp thiết đặt ra là nghiên cứu các gi i phápnhằm tiết kiệm chi phí mà s n ph m tạo ra vẫn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

Dập là m t phương pháp gia công kim loại bằng áp l c để tạo hình chi tiết tphôi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạngcủa khuôn Phương pháp gia công dập tạo hình ra đời t nhi u thập kỷ trước

Người thợ dùng dụng cụ thô sơ để tạo các s n ph m như xoang ch o, nồi, Đến thế

kỷ 19, công nghệ dập áp dụng r ng rãi trong đồ gia dụng, công nghiệp

Các ngành công nghiệp dập kim loại tấm, còn được gọi là ngành công nghiệp kimloại tấm p, là m t trong những ngành quan trọng của ngành công nghiệp ở Việtnam Kim loại tấm được sử dụng trong hầu hết các lĩnh v c s n xuất công nghiệp,

ch ng hạn đồ gia dụng như máy lạnh, máy giặt, tủ bếp, dụng cụ nhà bếp, v.v, đặcbiệt là ở các b phận chi tiết trong ô tô và các ngành công nghiệp điện tử Có baphương pháp chính được sử dụng trong kim loại tấm 1) khuôn cắt, uốn hoặc tạohình: quá trình tùy thu c vào yêu cầu khách hàng và thiết kế khuôn dập tạo hình 2)uốn hoặc tạo hình, là m t quá trình sử dụng để làm biến dạng hoặc thay đổi hìnhdạng khác nhau của kim loại vật liệu tấm, 3) dập là m t quá trình dập các kim loạitấm, ngày càng được phổ biến trong quá trình hoạt đ ng s n xuất Hơn nữa, quátrình dập kim loại tấm cũng có thể bao gồm các phương pháp khác nhau ch ng hạnnhư dập nổi, gấp m p, cán mỏng, khắc, dập nóng và dập cắt [1, 2]

Lợi ích khi ứng dụng phương pháp gia công dập: Tăng kh năng sử dụngnguyên vật liệu, đặc biệt là gi m chi phí đầu tư ban đầu, c i thiện tính chất kim loại,

thích hợp cho các chi tiết trong thiết bị chịu áp l c lớn, phù hợp cho s n xuất đơnchiếc, hàng loạt nhỏ

1 V ấn đề nghiên cứu.

Dập là m t phương pháp gia công kim loại bằng áp l c, để tạo hình chi tiết tphôi tấm dưới tác dụng của l c công tác làm biến dạng dẻo cục b theo biên dạngcủa khuôn S n ph m gia công theo phương pháp này có ưu điểm là có đ b n, chịuđược áp l c cao hơn so với gia công theo các phương pháp khác, tiết kiệm đượcnguyên vật liệu, gi m chi phí đầu tư ban đầu, thích hợp cho s n xuất đơn chiếc,

hàng loạt nhỏ S n ph m s n xuất theo phương pháp dập ứng dụng r ng rãi cho cácngành như: gia dụng, ô tô, không gian vũ trụ, y tế, dầu khí, quốc phòng,…

Để gi m chi phí cho gia công thử, ứng dụng phương pháp số để mô phỏng quá trìnhgia công dập bằng phần m m trên máy tính trước khi gia công chi tiết Ở đây,ứng dụng phần m m, Ansys Multiphysics, Pam – Stamp chạy mô phỏng quá trìnhgia công dập, phân tích ứng suất, b dày của b mặt chi tiết và d đoán l c p

Th c nghiệm để kiểm tra lại kết qu tính toán bằng phương pháp số, người nghiêncứu ph i th c hiện các công việc, thu nhận và xử lí tín hiệu kết nối với máy tính tthiết bị đo l c Qua th c nghiệm thu được dữ liệu v l c, b dày chi tiết sau gia

công, đ nhám b mặt mà thể hiện cụ thể qua các biểu đồ v : l c trên chi u dàichi tiết gia công, nh hưởng s thay đổi tốc đ cối đến b dày chi tiết, nh hưởng sthayđổi tốc đ cối đến đ nhám b mặt

Như vậy, tính toán d a trên phương pháp số và th c nghiệm thu được kết qu biểuthị qua các biểu đồ v l c trên suốt chi u dài gia công dập, do đó dễ dàng có s sosánh các giá trị l c trên chi u dài gia công dập giữa tính toán số so với th c nghiệmtrong kho ng sai số cho ph p để khuyến khích sử dụng phương pháp tính toán

số gi m chi phí ban đầu, góp phần gi m giá thành s n ph m

2 Mục tiêu nghiên cứu.

Ba mục tiêu nghiên cứu chính trong luận văn này:

- Nghiên cứu nh hưởng của l c với các tốc đ dập khác nhau, quá trình dập chi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Ứng dụng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và lý thuyết phần tử hữu hạn để mô

phỏng quá trình gia công dập

Trong phạm vi nghiên cứu, đ tài tập trung làm th c nghiệm với phôi dạng tấm để tạo

ra các chi tiết (s n ph m) hình trụ, các mẫu phôi được chọn th c hiện cho th c nghiệmnhư sau:

Các thông số đầu vào: Các vận tốc được xem x t trong th c nghiệm t 5mm/s, 10mm/s,15mm/s [1,2] Và b dày phôi

Mẫu 1: B dày: 1.0mm đường kính 110mm (Th c nghiệm và mô phỏng)

Mẫu 2: B dày: 1.2 mm đường kính 110mm (Th c nghiệm và mô phỏng)

Mẫu 3: B dày: 1.5 mm đường kính 110mm (Mô phỏng)

Nghiên cứu nh hưởng của tốc đ cối tới l c dập và b dày chi tiết trong quátrình gia công dập

Không nghiên cứu khuyết tật nhăn của quá trình gia công dập

Thiết kế thiết bị để đo l c dập trong quá trình gia công dập

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu nh hưởng của l c và tốc đ cối trong quá trình dập chi tiết dạng tấmđược th c hiện d a trên lý thuyết biến dạng dẻo kim loại tấm, và xây d ng mô hìnhtoán học d a trên lý thuyết phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình gia công dập.Phân tích quá trình dập các chi tiết tấm mỏng với s nhấn mạnh đặc biệt v hìnhdáng chi tiết Quá trình này được mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(FEM) sử dụng vật liệu b n dẻo Bởi vì l c dập tương đối nhỏ (thường dùng khí n nthủy l c) và biến dạng không nhi u, nhiệt đ không được xem x t trong mô hình.Trong phân tích dùng phần tử đối xứng trục Mô hình này cũng được kiểm chứngbằng th c nghiệm Phần m m mô phỏng số Ansys, Pam- Stamp đang là m t công

cụ để mô phỏng quá trình biến dạng tạo hình được sử dụng r ng rãi trên thế giới.Công cụ mô hình hóa – mô phỏng số trong Pam-Stamp tạo đi u kiện thuận lợi chocác nhà kỹ thuật nghiên cứu quá trình tạo hình, các đi u kiện bài toán ngay trên máytính nhằm tối ưu quá trình công nghệ T đó giúp gi m thời gian, gi m chi phí choviệc thiết kế, chế tạo và hiệu chỉnh M t trong những ứng dụng phổ biến của phần

m m Pam- Stamp là sử dụng để mô phỏng quá trình dập tấm, đặc biệt là mô phỏngquá trình dập vuốt t phôi kim loại tấm Do vậy, khóa luận này đã tiến hành nghiêncứu th c nghiệm và khai thác phần m m Pam- Stamp để mô phỏng quá trình tạohình m t chi tiết trong th c tế [3]

Ba khía cạnh của vấn đ hiện đang được nghiên cứu cho phù hợp Đầu tiên là liênquan với s phát triển của m t mô hình phần tử hữu hạn và thông số vật liệu và quátrình tạo mô hình phi tuyến, với đi u kiện b mặt chuyển tiếp sử dụng phần m mPam- Stamp Các trạng thái đàn hồi dẻo của vật liệu chi tiết tấm được sử dụng đ nghướng và bất đ ng hướng cấu trúc mô hình đã được xây d ng trong Pam-Stamp Ápdụng hạn chế ma sát tiếp xúc tại b mặt chuyển tiếp cũng được giới thiệu cho phần

tử tiếp xúc [4]

Lý thuyết phần tử hữu hạn, các quá trình tạo hình của dập vuốt không có l c kẹp,

điểm so với dập thông thường là: hình thành l c dập tương đối thấp, các thiết bị vàmáy móc cho việc tạo hình đơn gi n, và tỷ lệ dập đạt được có thể tăng lên đến 2.8.

Tỉ lệ kích thước thay đổi đáng kể trong b dày thành vách Do đó, ứng suất củathành vách trên các cạnh, quá trình chuyển đổi phía dưới thành vách có thể lớn hơn0.3 Các kiến thức v hình học, đặc biệt là đ dày thành vách chi tiết hình trụ làquan trọng, nó xác định các thông số hình học th c tế rất cần thiết cho thiết kế tạohình thành công như thiết kế ngược, vẽ lại, cho quá trình gia công cắt gọt khác nhau(tiện, mài) [1]

Công nghệ gia công áp l c là m t ngành cơ b n trong s n xuất cơ khí Công nghệnày cho ph p tạo ra những s n ph m, chi tiết có kích thước lớn và hình dạng phứctạp, nhất là cho tổ chức kim loại có chất lượng v cơ tính tốt, năng suất cao, yêu cầutay ngh công nhân không cao t đó giúp hạ giá thành s n ph m Dập là nguyêncông quan trọng trong gia công áp l c, dập là quá trình biến phôi ph ng thành phôirỗng thông qua các dụng cụ chày và cối [5]

Hình 0.1 S n Ph m ứng dụng trong công nghiệp quốc phòng

Trong đ tài này phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp th cnghiệm và mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp th cnghiệm sẽ được tiến hành đo l c dập, đ mỏng thành, đ nhám ở các vận tốc khácnhau Phương pháp mô phỏng số sẽ được tiến hành trên phần m m Pam – Stamp đểđạt được kết qu mô phỏng v l c dập, đ mỏng thành và s phân bố ứng suất dưtrên chi tiết sau quá trình dập Các kết qu mô phỏng và th c nghiệm sẽ được so

Hình 0.2 S n ph m ứng dụng ngành gia dụng [6].

Hình 0.3 S n ph m ứng dụng trong ngành y tế [6]

Hình 0.4 Sơ đồ biểu diễn quá trình gia công chi tiết bằng phương pháp dập [7].

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Dập là phương pháp gia công không phôi, chất lượng b mặt tốt và chịu áp suất cao,dập đang được ứng dụng r ng rãi trong các nghành công nghiệp và dân dụng S n

ph m với chất lượng b mặt tương đối tốt Kết qu nghiên cứu tìm ra nh hưởng của

l c với tốc đ của cối và b dày phôi khác nhau trong quá trình gia công dập các chitiết dạng tấm để: năng cao năng suất, gi m giá thành, chất lượng s n ph m, đ m b ohình dạng và kích thước s n ph m, ngăn c n khuyết tật Có thể ứng dụng các vậtliệu kim loại tấm khác nhau Mô phỏng d đoán được ứng suất dư trên b mặt vậtliệu sau gia công dập

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

mô phỏng kỹ thuật số Vấn đ này được x t đến b n dẻo và dẻo đàn hồi phổ biếnnhất được sử dụng trong việc phân tích các quá trình tạo hình Các phương phápphân tích khác nhau và kết qu ứng suất dư trong quá trình dập tạo hình cũng đượcxem x t Trong chương này trình bày mô hình phần tử hữu hạn và lý thuyết cho quátrình gia công dập chi tiết dạng tấm

1.2Phương pháp ph n tử hữu hạn được sử dụng trong quá trình gia công dập

1.2.1 Bi n d ng đ n h i v bi n d ng d o

a Quy định v vật liệu: Định luật Hooke cho vật liệu đàn hồi

d = + (dσij

-+ δijdσkk) (1-1)

E là mô đun đàn hồi young, v là hệ số possion

Các phương trình và các tiêu chí trong lĩnh v c biến dạng dẻo von- Mises

d = đường kính ngoài chi tiết hình trụ.

σe= ứng suất tương đương

dλ = hệ số tỉ lệ của vật liệu dẻo

b Công thức phần tử hữu hạn cho biến dạng dẻo và đàn hồi

Hệ thống tham chiếu Lagrange (Biến dạng sau kế th a hình dạng biến dạngtrước)

Xây d ng công thức cho khu v c ứng suất và biến dạng

Chuyển vị là n số

Các tính năng cơ b n d a trên nguyên lý vi phân và nguyên tắc Laplace

Sử dụng nhi u phương pháp (Euler, Lagrange ) để gi i quyết biến dạng dẻo cao

c Ưu điểm:

Việc chuyển đổi giữa khu v c đàn hồi và khu v c biến dạng dẻo được x t đến

C hai khu v c đàn hồi và khu v c biến dạng dẻo được xử lý cùng m t lúc.Tính không ổn định và đại số phi tuyến tính được x t đến

Tính ứng suất dư, đàn hồi trở lại, và ma sát được gi i quyết.[8]

d Nhược điểm:

Ph i sử dụng các phương pháp gi i phức tạp với vật liệu phi tiêu chu n.

Tốn nhi u thời gian tính toán, đặc biệt là khi sử dụng lý thuyết biến dạng dẻo.Tích lũy được các lỗi số học.[8]

b Công thức phần tử hữu hạn cho vật thể cứng tuyệt đối và đàn hồi

Phương trình Euler được sử dụng, nơi mà các biến dạng được gọi hình thể hiện tại

và hệ tọa đ được gắn chặt hình thể biến dạng Tốc đ trên b mặt là n số

Vấn đ là đi u kiện biên và không có đi u kiện biên được thêm vào các nguyên tắc

vi phân bằng cách sử dụng không phù hợp với nhân tố lagrange Phân tích tínhkhông ổn định được th c hiện liên tục bằng các bước nhỏ hơn với số liệu ổn định

d Nhược điểm:

Không biết được chỉ số đàn hồi hay không đàn hồi

Không ph n ánh được s mất ổn định của các mô hình phi tuyến

Biến dạng đàn hồi không được nhắc đến

Phương trình phi tuyến trở nên nhạy nhờ có đ dẻo nguyên chất

Nếu tổng số các hàm bằng với phân bố của phần tử , mô hình phần tử hữu hạn

có thể thu được bằng cách làm cho hàm xấp xỉ của chức năng π và như sau: ≅ ∅ ∑ = ∅ (1-7)

Và u (m) là v c tơ chuyển vị tăng lên tại các nút kết hợp với phần tử m.

Gi sử các nguyên tắc dập o được áp dụng, trục chính di chuyển xuống giữ tấmkim loại và duy trì m t thời gian ngắn tiếp tục đi xuống làm cho tấm kim loại uốnlại, và thu được hàm tạo ra chi tiết đối xứng qua trục

dA = khu v c tăng đ dày tấm mỏng chi tiết dV = tdA.

H’= dσ/dε = đ dốc của đường cong ứng suất và biến dạng

T= l c k o

du= phần tử chuyển vị tăng của chi tiết

Nhiệm vụ đầu tiên của phương trình (1-8) là tương đương với năng lượng biến dạngthể tích, thứ hai là đặc trưng cho năng lượng của đ cứng chi tiết, thứ ba là l c tbên ngoài

việc tăng logarit ứng suất có thể được sử dụng như m t thước đo của s tăng biếndạng, với định nghĩa :

Nếu trong quá trình dập biến dạng tăng lên, chi u dài ban đầu S 0trở thành chi u dài

S , là kho ng cách điểm r 0 , di chuyển tới kho ng cách r xuyên tâm (Các chỉ số r và

θ được sử dụng, cho hướng tâm và tiếp tuyến)

Để ph n ánh m t th c tế rằng các tấm kim loại có tính chất định hướng, nó được giđịnh đ ng hướng bình thường, và sử dụng các tiêu chí [10], chúng ta bước có mốiquan hệ giữa ứng suất và biến dạng

( + ) − ( + ) − + (1-10)

Trong đó, R iplà tham số đ ng hướng ph ng, tỉ số giữa biến dạng chi u dày và chi u

r ng có tính logarit Ứng suất th c tế và biến dạng th c tế d được định nghĩa

Hình dáng của chi tiết tấm được chia nhỏ, bởi m t loạt các hình nón cụt như minhhọa trong hình (1.1) Các chức năng v hình dạng là phần tử tuyến tính Chuyển vịcủa các bậc t do tăng lên tại các nút B mặt chi tiết chuyển đ ng tăng dần của cácphần tử có thể được viết như sau: [8]

Hình 1.1 Hình dáng tấm chi tiết gần giống hình nón cụt

xác định :

Schi u dài k o mới

√

Và (r0)i, (z0)i có vị trí nằm ngang và th ng đứng, liên kết biên dạng chưa biến dạng(r)i, (z)i và biên dạng bị biến dạng tương ứng với nút i Như phần tử là th ng, trụcxuyên tâm, tọa đ của điểm bất kỳ trong các phần tử n i suy như sau: [8]

Hàm Lagrange làm tăng biến dạng, bởi logarit biến dạng dẻo tăng ít theo thời gian

và được đưa ra bởi trình (1-1), trong đó So, S, r0, r được thể hiện bởi các phươngtrình (1-16), (1-17), (1-18) và (1-19)

Ngay khi (m) trong phương trình (1-7) được biểu diễn theo giá trị nút

và dA = 2πrdt’, t là chi u dày tấm kim loại và tham gia cùng th c hiện t’ = -1, t’=+1: Gi m bớt các chức năng trên thu được bằng phương tiện của đạo hàm t ngphần.[8]