Nghiên cứu tính toán phương án trải mẫu cho nguyên công uốn kim loại tấm

Tuy nhiên việc tính toán kích thước mẫu trải là một trong những vấn đề tồn tại lớn hiện nay thường là người thiết kế tính toán theo các công thức kinh nghiệm, Kích thước phôi cho một sản

Trang 1

Việc tính toán khai triển kim loại tắm hiện nay được nghiên cứu rất mạnh

mẽ, cụ thể là các phan mềm có hé tro vé khai trién nhu “Plate n’ Sheet Version 4”,

SolidShape, ngay ca thiết kế kim loại tắm cũng được nghiên cứu và được ứng dụng trong các phần mềm có hỗ trợ thiết kế kim loại tắm như: Inventor, SolidWork, Catia, Pro Engineer, điều đó giúp cho quá trình sản xuất diễn ra rất thuận lợi và

cho độ chính xác cao, dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa

Tuy nhiên việc tính toán kích thước mẫu trải là một trong những vấn đề tồn tại lớn hiện nay thường là người thiết kế tính toán theo các công thức kinh nghiệm,

Kích thước phôi cho một sản phẩm cho trước phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu,

phương pháp gia công và các thông số đầu vào của sản phẩm Vì vậy nếu tính kích thước phôi mà bỏ qua các yếu tố này thì thiết bị có hoàn thiện mấy cũng không đạt được độ chính xác gia công Vấn đề này đã được người nghiên cứu tìm ra phạm vi

và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến kích thước của phôi khi uốn cho mẫu hợp

kim Nhôm Magiê AA5052, để có thê tính toán kích thước phôi một cách chính xác

va dé dàng Quá trình nghiên cứu này gồm nhiều giai đoạn: cắt mẫu, kiểm tra cấu trúc tế vi, đo độ cứng của mẫu, tiến hành uốn, ghi nhận các kích thước và cuối cùng

xử lý số liệu để tìm mối quan hệ của các thông số như bé dày, bán kính uốn, góc uốn đến kích thước phôi khi uốn mẫu AA5052 Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đó và thừa kế từ các công trình nghiên cứu trước, tác giả đã xây dựng chương trình “Bend allowance and Flatten V 1.0 -HCMUTE & HUST SME” đề có thê tính toán kích

thước mẫu trải và vị đặt phôi để giúp cho quá trình sản xuất được diễn ra thuận lợi

và cho độ chính xác cao Đồng thời đã xây dựng được cách tiến hành thí nghiệm va

xử lý số liệu giúp có thê thực hiện được với các vật liệu khác

Bên cạnh đó việc lựa chọn mẫu trải trong nhiều phương án trải mẫu, đã được

nghiên cứu tìm ra các thuật toán và được tự động hóa tìm ra mẫu trải đạt các tiêu chí

như: đường hàn trong sản phẩm là ngắn nhất vì chi phí chế tạo sản phẩm thông qua

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang v HD: TS Nguyễn Thị Hông Minh

Trang 2

hàn tốn nhiều thời gian và chi phí hơn uốn, bên cạnh đó quá trình hàn còn làm cho

tô chức mối hàn có những thay đối theo chiều hướng có hại cho sản phẩm, mẫu trải

có độ sít chặt cao nhất vì mẫu trải có có độ sít chặt cao thường tránh được các va

chạm khi uốn, dễ vận chuyền và sắp xếp, điều đó sẽ tránh được lỗi chủ quan của người thiết kế

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang vi HD: TS Nguyén Thi Héng Minh

Trang 3

The design and calculation of bent parts have attracted a lot of attentions in the current researches The existing results in software for assisting flat pattern calculation are namely "Plate 'n' Sheet Version 4", SolidShape The software tools for bent part designing from sheet metal can also be seen in popular packages such

as Inventor, SolidWork, Catia, ProEngineer Such software tools facilitate a swift

and reliable design and manufacturing processes

However, the current modules for flat pattern calculation have some drawbacks One of those is the dependence of the calculation process on the experience of the design engineer, while the unfolding patterns depend heavily on the material, the manufacturing process and the part geometry The calculation which overlooks such aspects will not obtain the part specification even with the most advanced machines The current research has addressed the scope and magnitude of influence on flat pattern calculation of the Aluminum-Magnesium alloy AA5052 The research includes the following processes: sample cutting, microstructure and hardness testing, bending, measuring and data analyses to find the relationship between the thickness, bend radius, bend angle on the flat pattern dimensions for AA5052 Based on the current result and the existing state of the art, the author has established a software tool named "Bend allowance and Flatten V 1.0

- HCMUTE & HUST SME" for calculating the flat pattern dimensions and positioning to facilitate a quick and smooth production process of bent parts The author has also established a method for experiment and data analyses for calculation of other materials

Meanwhile, there can be many flat pattern calculated for each bent part Though, the technology and the cost to manufacture for each pattern can be quite different, for example a weld line can be more costly than a bend line and therefore long weldlines should be avoided An algorithm for selection of flat patterns for

TH: Nguyén Thanh Tan Trang vii HD: TS Nguyễn Thị Hông Minh

Trang 4

each bent parts has also been established to automatically calculate and select an optimal pattern based on various criteria such as minimal weldlines, minimal material consumption

TH: Nguyén Thanh Tan Trang viii HD: TS Nguyén Thi Héng Minh

Trang 5

ABSTTRRACT” - - L c c c cọ ng HS vớ Vil

MUC LUC Luu cccecsessssccesessssesecsesecsesesscsesesacsececsesecsesusscaesusassesecaesusessesusatsucessnsncasansecaes ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮTT 2 2 s kEEEE£E*E£E*EE+E#EsE£EeEEeEsxkrxee xi DANH SÁCH CÁC HÌNH .- - 2 s9 k9Es SE 9E ve rrvri xii DANH SÁCH CÁC BẢNG - Gv 1 9191199111109 61g gxcrr xiv

Ôi: 1

¡9)/€19)09 21 1 1.1 Mục đích của đề tài - - «Set x11 HE g9 cung nen 8 1.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu - + ssk£keEeEx+Eekeesvsrererrerxvs 9 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài «s5 sex eEsrxskekeeerees 9

1.4 Phương pháp nghién Cu cccssssscccessssscccceesessneceeessssneeeecesssseeeceseeeees 10

1.5 Kế hoạch thực hiện G- se SE 36t Set EeEeESEEEEEEEEEEeEeEeErkeerererereeesserses 1]

1.6 Tid két churong Looe ccc csscscscscsesssscsescsecscscsesecscavsesesscsvstsesavaverseseesvanees 11

Ôi: 12

CƠ SỞ LÝ THUUYÊTT - - 6k SE £E SE EEESEE#EE+EEE SE SE Evvgkersrerkerered 12 2.1 Công nghệ uốn «5 Set E333 E113 E113 31113 111111111 cErkrkee 12 2.2 Kích thước của phôi khi uốn 2-2 ss£s+E*+E£E+EE+EeEe+Eeeerzrerrsrereee 17

2.3 Vật liệu dùng cho nguyên công uốn - + sex kcxeEvsvxrereerxri 20

2.4 Lực uốn khi uốn khuôn 'V - 2 - + 5E <EE£keEEEEEESEEEEEEEEEEEverkrrsrerkee 21 2.5 Tiểu kết chương 2 - - «s91 v9 991g cv gui 21

Ôi, 21177 — 23

CÁC VẤN ĐÈ THƯỜNG GẶP KHI TRẢI MẪU - 2s xẻ 23 3.1 Vẫn đề đường hàn, đường uốn - 2s 2 s+S£EzEE+E£e+keEzrerszrered 23 3.2 Van dé tiêu hao vật liỆU + - << E2 EEEkEEE+EEEEEEEEE v1 xxx cerkerrrkd 32 3.3 Vẫn để độ sít chặt - «c1 T11 T111 101 10x xrkgrrko 34

3.4 Vẫn đề chồng và tách rời + + se sEk+keEx+keEeEkrkEExrkekererkersrereerered 36

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang ix HD: TS Nguyén Thi Héng Minh

Trang 6

3.5 Tiểu kết chương 3 - - s+s+E+k+ESxSvkE cv 9v the rree 37

Ôi 1 39

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA PHÔI KHI UỐN BẰNG

THỰC NGHIIỆM - G55 S211 1 1 1 1S TH SH TH HH HH Hư Hư HH nho 39

AL Vat HOU oo 39

“nh in — 41

4.3 Kiếm tra — đối chỨng -=- s+Ss + kEEeEstEE 99kg kg ve 54

4.4 Xây dựng chương trình tính kích thước mẫu trải và vị trí uốn 55 4.5 Tiểu kết chương 4 - - «ke +kEEEEEkEEE* E31 11 13171 ck re rkee 56

Ôi 0 58

TIEU CHI LUA CHON ccsessscssssssesssesssessscssscsscssccsscssscesscsuesssccsscesssaneeaseesecsses 58

5.1 Tidu chi ctrng 77,12, 2.) 0n 58 5.2 Tidu chi mém (Soft criteria) ccccccscscssecssssssssssssssssscessssvsvsecevsesesecacseseeseasens 59

5.3 Trién khai thudt todn cccccccccccccccsscscssssesesescscscscesesesesescscscssecccscacseseseecenenes 59

SA Tiểu kết chương 5 + 2s +s+k+E+EE+EEEEESEESEEEEEEEEEEEEEEEETErkrrersrerkrxee 67

Ôi 68

.408807.0)0005e® 68 W8{5 0n Ỷyôyễr ễ.^ 68

6.2 Khuyến nghị, - 2 SE SE EESEEEEEEEEEEEETE E151 73111112 xrkerrred 70 6.3 Hướng phát triển của để tài - - + se sExtckgE xxx rererree 71

TAI LIEU THAM KHAO .cccssesssesssssssessscssscssscssecsscssscssecssecssccsscssscesscasessecsses 72

PHU LUC 75 Phụ lục 1: Code xử lý chọn phương án mẫu trải cho một sản phẩm cho trước 75

Phụ lục 2: Code xác định kích thước phôi và vị trí uốn - 2 ss+ssze+: 86

Phu luc 3: Bang qui cach va tiéu chuan thép tam [ngu6n:satthep.com.vn] 100 Phụ lục 4: Ký hiệu và đặc tính của hợp kim nhôm [Nguồn : viccons.com] 102

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang x HD: TS Nguyễn Thị Hông Minh

Trang 7

CAPP: Computer Aided Process Planning (Lap qui trinh san xuat nhd may tinh)

CAD: Computer Aided Design (Thiết kế nhờ máy tính)

CAM: Computer Aided Manufacturing (Gia công nhờ máy tính)

CNC: Computer Numerical Control (Diéu khién s6 bang may tinh)

CIM: Computer Intergrated Manufacturing (San xuat tich hop)

OSSB: Outside Setback

BD: Bend Deduction (Luong giảm khi uốn)

BA: Bend Allowance (Giới hạn uốn)

VBA: Visual Basic for Applications (ngôn ngữ lập trình định hướng đối tượng cho các ứng dụng)

TNHH: Trách nhiệm hữu hạn

VB: Visual Baslc (ngôn ngữ lập trình Visual Basic)

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang xi HD: TS Nguyén Thi Héng Minh

Trang 8

5: Máy uốn CÌNC - <5: St kEEEEEE111111111151111.111111111111E 11111111 re 4

6: Lưu đô qui trinh lập kế hoạch sản Xuất + cccctcrckcketerereeerererred 6 7: Qui trình tạo sản phẩm kim loại tấm từ nguyên công uốn [103j 7 1: Sơ đô nguyên lý uốn 3 điểm (air bending) - +s+c+eeeereresrered 13 2: Sơ đồ nguyên lý uốn chạm đáy (boflOtming) -. s5sccccsceccsreceee 14 3: Sơ đồ nguyên lý uốn tạo gân (CoiHifg) - -c- «se ct+eetersrereeererrereee 15 4: Xác định kích thước phôi khi MỐN - tt +teEeEerrkeeerrrkeercee 17

5: Sơ đô kết nối của hình 3 4 - + ©s+LCt EEEEEEkEEE TE1gtgcrrreg 30

6: Ma trận kết nỗi của hình 3.4 ccccccccccccccccscscsssscsssssscscscssvscssscssscscsesscacseseesees 30 7: Ma trận DOI SO cecccccccccecscsscscscsscscsesesscscscscscsssesevscssssacsssessvacassevscaesesvavsesees 31

BS TUM đụ THÚH ng TH HH TH HH TH TH it 31 9: ÁP đụ THÚH,, à HT TH HH TH HH HH TH TH Hiện 31

10: Dung han toi UU eccccccccecsscsssscssssssssessssssssesusassssesnsassesesncasavsesnsasarseeens 32

11: Hình được trải ra ứng với phương án tỖi tưM se ccccsrerceo 32

12: ma trận kết nỗi cho sản phẩm được khai triển ca cecetstsesessed 35 13: Số kết nỗi tới các nút khác e cccscrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 35

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang xii HD: TS Nguyễn Thị Hông Minh

Trang 9

Hình 3 14: Tổng bội số tới các mút khác - - - + 5s Sk+k‡E‡ESEk+kEEeEeEEEkEkEEerkrkrkereee 35

Hình 3 15: Mu trdi c6 d6 sit Chit CAO Wt cccccccccccccccccccsscscscsssscscscsesscscscsevscscseseveces 35

Hình 3 16: Trường hợp chông nhau khi khai triỂn 5c cce+tetereeeerereerered 36 Hình 3 17: Sản phẩm có thể có nhiều phương án kết hợp với nhau [ 103J 37 Hình 4 1: Mẫu được kiểm tra quang phổ - + +©s+k+E+ES+k+k+EEeEEEkEEEErkrkrrereeo 40 Hình 4 2: Kiếm tra độ cứng HRB và tổ chức tẾ vi mẫu thử - -ccscesesesreeo 40 Hình 4 3: TỔ chức tế vi của mẫu (x⁄40() - - 5+ St+téEvEvEkSkEESEEErkekrrrkrkeerreeo 4] -Hình 4 4: Sơ đồ qui trinh nghién CỨN - - + - Set St 1x xu, 42

Hình 4 5: Máy uốn /AMADÁA - - - St StEEEESEEEEEEEEEETEEE T111 1111111 1x xu 43

Hình 4 6: Chày và cối trÊn túy HỖI - - 5s SkteESk‡ESEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkersrkrkerrred 44 Hình 4 7: Sơ đô cắt mẫu trên phôi IẤTM - + - 5e St‡EEEkEEEEEEEEEEkEErrrtsrerkerrred 44 Hình 4 8: Đo chiêu dài mẫu trải + đánh số - St S<SetEEEkEEEEttrerrrei 45 Hình 4 9: Qui trình uốn và đo các kích thưỚc - -c-c-cscectctetererkekererkeeeesreea 45 Hình 4 10: Chương trình tỉnh hệ số K vcccecccccsscssssvssssssssessssesvssssvssscsssevsvensavsncassvens 46 Hình 4 11: Chương trình tính kích thước phôi khi uốn dựa vào phương trình thực

nghiệm hoặc chọn K tùy ý hoặc chọn hệ số K tương ứng với vật liệu theo kinh

NQNIEM 55 Hình 5 1: Lưu đồ tổng thể chương trinh c.cccceccccsesescssssesvessssssevesssesesvssssssestesevses 60 Hình 5 2: Lưu đồ lập ma trận kết nối từ đối tượng trong AutoCAD 61 Hinh 5 3: Luu d6 tim cdc phuong GM tri cecccccccccccsessscsssssssssssssvevsssssvsvstsevecsnenseeeee 62 Hình 5 4: Lưu đồ chọn mẫu theo tiêu chỉ đường hàn ngắn nhất -. 5- 63

Hình 5 5: Lưu đô chọn mẫu theo tiêu chí độ sit chặt cao nhất 5 se sesssa ó3

Hình 5 6: Giao diện Chương frÌHh c TT HH TH vn ng ren 64 Hình 5 7: Chọn chương trình ChẠy - cv ng vn 65

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang xiii HD: TS Nguyén Thi Héng Minh

Trang 10

Bảng 4 3: Diéu kién thi nghiệm AUOC CHONL ccccccccccccccssscecececccseeeseesscssasesessesssseeeeees 47

Bang 4 4: Ma trdin quy hoach thurc nghi€m iccccccccccccceccccccccsssscccceesssscceccesssseeeeesesseas 48 Bảng 4 5: Hệ số Cochran khdo nghiém Bend allowance w.c.c.ccceccscssssvssesvesesveseseees 30 Bảng 4 6: Két qua thi nghiém bend allowance tại tâm phương án .- 31 Bảng 4 7: Bảng kiểm định hệ số b theo tiêu chuẩn Studen 55c ©cccece¿ 32 Bảng 4 8: Bảng kiểm định BA theo tiêu chuẩn FÌisÌheF cscececerereeeereeo 33

Bảng 4 9: Chọn hệ số K tương ứng với loại vật liệu và quan hệ giữa R-T 56

Bảng 5 1: Lyra ChON PRuOng ẲPH TH TH ng vn 65

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang xiv HD: TS Nguyén Thi Hong Minh

Trang 11

Chương 1

TONG QUAN

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố

Các chi tiết được tạo hình từ kim loại tắm hiện nay đang được sử dụng rộng

rãi trong đời sống hàng ngày và trong kỹ thuật Trong nên sản xuất hiện đại việc

phát triển bền vững và đi kèm với bảo vệ môi trường là tiết kiệm chỉ phí sản xuất và

ngày càng tối ưu công nghệ Giá thành của sản phâm phụ thuộc rất nhiều vào giá thành nguyên vật liệu và chi phí chế tạo Việc nghiên cứu sao cho giảm bớt các nguyên công thừa , giảm chi phí sản xuất và nâng cao độ chính xác gia công là việc làm hết sức cần thiết để giảm giá thành sản phẩm và giảm tiêu hao năng lượng Việc làm này không những quan trọng trong ngành gia công kim loại tấm mà còn ở khắp

mọi lĩnh vực

Công nghệ gia công kim loại tắm hiện nay đang phát triển gồm các hướng:

Gò, Dập nguội, Uốn, (hình 1.1)

Trong đó:

Uốn tam là phương pháp tạo hình kim loại từ phôi tấm, phôi được uốn dọc

theo đường uốn thẳng để tạo ra sản phẩm ba chiều Uốn là một trong những nguyên công thông dụng nhất Uốn không chỉ tạo hình dạng cần thiết, tạo nên gân, gờ, đường gấp nếp mà còn tạo nên những kết cấu tăng độ cứng vững cho chỉ tiết Trong quá trình này thường là tấm hoặc đải kim loại được biến dạng trong cung tròn quanh trục thắng nằm vuông góc với trục trung hòa Kim loại bị biến dạng đẻo trong vùng dẻo kim loại để lại phần cong sau khi bỏ lực tác dụng Khi uốn các thớ

chịu kéo nén khác nhau Phôi để uốn có thể là phôi thanh, phôi hình, nhưng phôi

tam và đải là phổ biến hơn cả và các sản phẩm tạo thành từ uốn tắm ngày càng lớn

trong các ngành công nghiệp như: hàng không, điện, máy công cụ, điện lạnh, ôtô

Các chỉ tiết tạo thành từ kim loại tấm không những quan trọng về kết câu ,mà còn

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang 1 HD: TS Nguyén Thi Hong Minh

Trang 12

ảnh hưởng đên độ thâm mĩ của sản phâm Vì vậy ở đây chỉ đê cập đên uôn tâm (sheet metal bending)

vs |s |5 8 st8 [50 [oz [sts] [so | SS |.) | ol ce: sơ | @|& |8@.|S|.|| ø| | al GB] | o-| «o-| «-

©S|c5|m c)›|C|c)|C ¬|©|>|||= 5 |—i | |— | ||BG|I|t{ui|— = aịjœ

= |eileœ | # || || øl |=la|e || lai E Nils ist | | || lai | |x BỊ |=lail|e

Hình 1 1: Phân loại các nguyên công dập tam [5]

Nguyên công uôn tâm được thực hiện trên các máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực, máy uốn tấm nhiều trục, máy uốn profile chuyên ding Hién nay các máy

uốn CNC đã dân xuất hiện ở các hội chợ triển lãm và thực tế sản xuất với khả năng

công nghệ rất cao: thay đổi hình dáng kích thước chỉ tiết, uốn chính xác, uốn với nhiều góc độ và bán kính khác nhau chỉ chọn chày và cối cho phù hợp với nguyên

công và kết hợp với robot để gấp, thay đổi hướng phéi, Hinh 1.4 minh hoa máy

uốn CNC trên máy gắn nhiều chày và cối (có thể thay đổi), cữ chặn phôi và robot cho phép uốn chỉ tiết với nhiều thông số khác nhau

Như vậy ta thấy việc gia công kim loại tấm nói chung và gia công bằng nguyên công uốn nói riêng đã phát triển tới mức tự động và bán tự động để góp

phần giảm sai số do chủ quan của người vận hành như: thao tác uốn, chọn dụng cụ

uốn (ựa chọn dụng cụ tự động), chỉnh cữ chặn phôi (ự động), điều chỉnh tốc độ

biến dạng đốc độ của chày hoặc cối), kiêm tra góc uốn thông qua cảm biễn đo góc,

kẹp phôi thông qua robot, thứ tự uốn (được fự động), và thiết kế kim loại tắm (dùng các phan mêm như đã mô tả ở trên) Việc thiết kế kim loại tắm cũng được hỗ

trợ bởi các phần mềm chuyên về kim loại tắm, tuy nhiên việc trải mẫu như thế nào vần phụ thuộc chủ quan vào người thiệt kê, dựa vào một vài tiêu chí nào đó và kích

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang 2 HD: TS Nguyễn Thị Hồng Minh

Trang 13

thước phôi khi uốn vẫn còn phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công Tóm lại

việc phát triển của nguyên công uốn kim loại tắm dựa vào thành tựu của khoa học công nghệ để góp phần nâng cao độ chính xác và giúp cho việc uốn kim loại tắm ngày càng tối ưu, nhưng việc tìm phương án để cho mẫu trải hợp lý để giúp các

bước sau diễn ra thuận lợi và thấy việc ứng dụng khoa học công nghệ vào uốn kim

loại tắm một cách nổi bật Cần nghiên cứu dé tim phương án trải mẫu hợp lý cần

nghiên cứu làm rõ

Trên hình 1.2 ta thấy chỉ một hình hợp đơn giản, nhưng có rất nhiều phương

an trai (hinh 1.3), néu hình phức tạp hơn thì sẽ rất vat va dé tim tất cả các phương án

trải và thường người thiết kế dựa vào kinh nghiệm của mình để chọn ra một phương

án nào đó, tuy nhiên liệu phương án đó có thuận lợi hay không hầu như cũng chưa

Trang 14

Hình 1 3: Các phương án có thể trải ra của một sản phẩm kim loại tắm

Hình 1 4: Qui trình uốn và các bộ phận của máy uốn [4J

Trang 15

Nguyên công uốn nói riêng và gia công kim loại tắm nói chung đều dựa trên

các thành quả của khoa học kỹ thuật về:

+ Khoa học vật liệu: Biến dạng dẻo, cơ tính vật liệu, cầu tạo kim loại và

hợp kim,

+ Cơ học: Lực, ứng suất, biến dạng, cơ cau,

+ Toán học: các thuật toán, tối ưu hóa,

+ _ Tin học và kỹ thuật số: điều khiến tự động, lập trình,

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay, việc tự động hóa dé nang

cao năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm bớt sức lao động của con người ngành gia công áp lực trong đó có nguyên công uốn đã đóng vai trò không thê thiếu trong công nghiệp cơ khí, ngày nay đang được nghiên cứu và phát triển mạnh theo các hướng

+ Nâng cao độ chính xác và độ bóng của sản phẩm nhằm đạt tới không cần qua gia công cơ khí

+ Ứng dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến để mở rộng khả năng gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm

+ Chế tạo thiết bị có công suất lớn để có thê gia công được các chỉ tiết

có khối lượng và kích thước lớn

+ _ Cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất để nâng cao năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm

Cơ khí hóa hiện đại hóa hiện nay đang được áp dụng mạnh mẽ, việc áp dụng

cơ khí, tin học và tự động hóa đã cho ra đời các máy CNC đã góp phần vào nâng cao độ chính xác, gia công được các biên dạng phức tạp Trong đó các máy dập

ƠNC, đột dập CNC, uốn CNC cũng đang được nghiên cứu và phát triển rất mạnh

(hình 1.4 và 1.5) đề cho ra đời thế hệ máy gần như tự động hoàn toàn Tuy nhiên

việc nghiên cứu trải mẫu vẫn còn là một vấn đề tồn động trong ngành gia công kim

loại tấm đặc biệt là nguyên công uốn, trải mẫu là khâu đầu tiên trong toàn bộ qui trình sản xuất, nếu trải mẫu không đạt hiệu quả sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác và

năng suất của toàn hệ thông Vì vậy đê tài nghiên cứu tính toán phương án trải mẫu

Trang 16

cho nguyên công uốn kim loại tắm thành công sẽ là cơ sở đữ liệu đầu vào cho việc

xác định thứ tự uốn, tính toán lựa chọn dụng cụ để có thể tiễn hành gia công chi tiết

Đề thực hiện sản xuất các chỉ tiết bằng nguyên công uốn trên máy CNC, quy

trình lập kế hoạch sản xuất như hình 1.5 được sử dụng Có thể thấy sự lựa chọn

thông số từ bước trước sẽ hạn chế các lựa chọn của bước sau Ví dụ như phương án

lựa chọn thiết kế của mẫu trải sẽ quyết định phương án lựa chọn về dụng cụ và trình

tự uốn Ta thay qui trình lập kế hoạch sản xuất là một chuỗi liên tục các hoạt động:

dữ liệu thiết kế (CAD), dụng cụ, thông số vật liệu, thiết bị, thông số đi trước sẽ

ảnh hưởng trực tiếp đến bước tiếp theo

Hình 1 6: Lưu đồ qui trinh lập kế hoạch sản xuất

Đề nâng cao năng suất, độ chính xác gia công, giảm giá thành sản phẩm, tạo qui trình công nghệ hợp lý, để cho ra một sản phẩm hoàn thiện hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu các hướng sau:

Tối ưu hóa vật liệu (Opfimal nesting layout)

Téi uu héa trai mau (Optimal design of flat pattern)

Lựa chọn dụng cụ cho nguyên công uốn (Tool selecfion)

Độ chính xác gia cong (Tolerance)

Hiện tượng đàn hồi (Springback)

Giới hạn uốn (Bend allowance)

Trang 17

Diéu khién m6 (fuzzy logic control)

Va cham khi uén (Collision detection)

Trinh ty u6n (Bend sequencing),

Robot phuc vu uén (Robo?),

Trong khi đó, hiện nay trải mẫu thường dựa trên kinh nghiệm của người thợ là

chủ yêu, bên cạnh đó cũng có một sô phân mêm ho tro cho kim loại tâm như Inventor, Unigraphic NX, Solidwork, Catia, Solid Edge, hỗ trợ rất tốt cho khai

triển cho kim loại tắm Tuy nhiên việc khai triển chưa được tối ưu cho đường hàn,

đường uốn, độ sít chặt mẫu trải, kích thước phôi khi uốn,

chưa được đề cập Do đó việc nghiên cứu tính toán phương an

trải mẫu cho nguyên công uốn là rất cần thiết

Và chương trinh “Plate n’ Sheet Professional” cing hé

trợ khai triển các hình thường gặp khi gia công kim loại tâm,

tuy nhiên chưa đề cặp tới vấn đề khai triển thế nào là tốt

Ngoài ra chương trình Unfold Polytope, được phát triển

bởi Fukuda, số hóa tất cả các khả năng trải Dù công cụ tìm tự

động được hỗ trợ, nhưng thuật toán thì không được đề cập

cho bat cứ vấn đề tối ưu, có thê áp dụng được cho đa giác lôi

Việc ap dụng các thành tựu mới của khoa học vào trong

lĩnh vực cơ khí đang diễn ra mạnh mẽ Từ việc thiết kế, kế

hoạch sản xuất, qui trình sản xuất, chế tạo đều có sự hỗ trợ

của máy tính (CAD, CAPP, CAM, CIM,) Ngày nay ngày

càng nhiều các phần mềm CAD/CAM đang được áp dụng

rộng rãi tuy nhiên việc biến cái chung thành cái riêng của Việt

Nam chưa được nghiên cứu đúng mức Do đó đề tài “Nghiên

cứu tính toán phương án trải mẫu cho nguyên công uốn kim

loại tâm” được nghiên cứu thành công sẽ là cơ sở dữ liệu đâu

Hinh 1 7: Qui trình tao san phẩm kim loại tấm từ nguyên công uốn [103] vào quan trọng tiếp theo cho qui trình trình thiết kế chế tạo với sự trợ giúp của máy tính

Trang 18

Các công trình khoa học ở Việt Nam và trên thế giới đã công bố liên quan đến

đề tài nghiên cứu:

Ở Việt Nam

- _ Việc nghiên cứu tối ưu hóa sơ đồ cắt phôi đã được nghiên cứu nhiều theo [1], [2] chỉ ra cách sắp xếp chỉ tiết vào trong vùng cắt theo một hàng một hướng,

hai hàng hai hướng cắt trên vật liệu đơn biên cố định và đơn biên di động

- _ Việc khai triển tấm kim loại để phục vụ cho công việc gò, hàn, đã được

tính toán nhiều bằng các phương pháp như: phương pháp chiếu hình phối hợp với tính toán bằng công thức, phương pháp chiếu hình xuyên qua phương pháp tam giác,

- _ Còn việc nghiên cứu tính toán phương án trải mẫu cho nguyên công uốn tắm theo một hoặc nhiêu tiêu chí tối ưu chưa tìm thấy nghiên cứu nào

Trên thế giới

Hiện nay nghiên cứu rất nhiều hướng liên quan đến uốn tắm như đã đề cập ở trên trong đó có [23] đã đề cập tông quan về tình hình nghiên cứu trải mẫu cho kim

loại tắm và đã đóng góp một công trình khoa học cho việc lựa chọn dụng cụ tự động

và các nhân tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công cho nguyên công uốn

Thuật toán khai triển trong [22] đã số hóa tất cả các trường hợp có thê khai

triển Dù công cụ tự động được hỗ trợ nhưng vấn đề tối ưu thì chưa chỉ ra

Vấn đề tối ưu đường hàn ở [13] đã chỉ ra và đưa ra vài tiêu chí tối ưu Tuy

nhiên van dé trải mẫu tối ưu từ mô hình CAD chưa chỉ ra

Việc trải phôi từ mô hình CAD 3D được đề cặp ở [20] bằng phương pháp hình chiếu vuông góc Tuy nhiên vẫn đề đưa ra tiêu chí để chọn phương án thì cũng không được đề cập

Vì vậy đề tài nghiên cứu tính toán phương án trải mẫu cho nguyên công uốn

kim loại tâm dựa theo một hoặc nhiêu tiêu chí trở nên cân thiết

1.1 Mục đích của đê tài

- - Tìm hiệu tông quan về công nghệ uôn và các vân đê liên quan đên tự động hóa quy trình công nghệ gia công chỉ tiết uốn

Trang 19

- _ Tìm hiểu các tiêu chí đánh giá lựa chọn mẫu trải và thiết lập thuật toán lựa

chọn mẫu trải dựa trên từng tiêu chí hoặc kết hợp các tiêu chí Triển khai

thực tế với các tiêu chí này cho chỉ tiết uốn

- Tim hiểu phương pháp tính toán kích thước phôi khi uốn Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến kích thước phôi khi uốn Triển khai thực

nghiệm tính toán kích thước mẫu trải cho một loại vật liệu cụ thê

- Triển khai thực tế tích hợp thuật toán dưới dang công cụ phần mềm hỗ trợ tính toán mẫu trải

1.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- _ Công nghệ uốn kim loại tấm

- _ Kích thước phôi khi uốn và phương án trải mẫu

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài

Việc thay đổi hình dáng kết cấu của chỉ tiết hiện nay được áp dụng rất nhiều

phương pháp gia công Trong đó uốn kim loại tắm chiếm tỷ trọng ngày càng lớn với nhiều phương pháp khác nhau nhu: air bending, die bending, swivel bending va wiper bending Moi phương pháp uốn có ưu nhược điểm và ứng dụng riêng, tuy

nhiên ai benđing linh hoạt nhất, uốn được nhiều góc độ khác nhau với đường uốn

là đường thắng và air bending có thê phát triển để dùng kỹ thuật đie bending Thuật

ngữ nguyên công uốn và chi tiết uốn trong luận văn này do đó tham chiếu tới nguyên công uốn kim loại với ba điểm tiếp xúc, hay airbending

Trong nguyên công uốn mẫu trải tốt là tiền đề cho các bước tiếp theo diễn ra

thuận lợi, để đạt độ chính xác và nang suất cao Tuy nhiên hiện nay nó là rào cản

trong công nghệ uốn kim loại tắm, phương án trải mẫu chủ yếu đựa vào kinh nghiệm hoặc một tiêu chí nào đó mà chưa xem xét các tiêu chí khác Có rất nhiều

tiêu chí để chọn mẫu trải, trong đó mẫu trải có chiều đài đường hàn ngắn (chiều dài đường uốn đài), mẫu trải có độ sít chặt cao là tiêu chí hàng đầu để chọn mẫu trải Vì

vậy đề tài chỉ nghiên cứu việc trải mẫu theo các tiêu chí nói trên để tìm ra mẫu trải tot nhât theo một hoặc vài các tiêu chí trên

Trang 20

Thực nghiệm tìm bend allowance hợp kim AI - Mg AA 5052

Thực nghiệm uốn hợp kim Al - Mg AA 5052 dé tim bend alowance khi uốn

với các góc uốn, bề dày và bán kính uốn khác nhau

Tối ưu hóa đường hàn và đường uốn

Như chúng ta biết trong mỗi sản phẩm tổng đường hàn và đường uốn là hằng

số Tuy nhiên chiều dài có thể khác nhau, việc gia công đường hàn là tốn nhiều thời

gian và chi phí hơn so với đường uốn Ngoài ra khi hàn tổ chức kim loại mối hàn

thay đối và có vùng ảnh hưởng nhiệt do đó cơ tính của liên kết sẽ thay đối theo

chiều hướng xấu đi, khả năng hoạt động hóa học tại mối hàn tăng lên Trong khi đó uốn làm cho kim loại được hóa bên, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm Vì vậy đề

tài sẽ tìm ra thuật toán để tìm ra chiều dài đường hàn là ngắn nhất để giảm chi phí

sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm

Độ sít chặt cao

Độ sít chặt của mau trai sé liên quan đến nhiều vấn đề như chỉ phí cắt, không gian làm việc, sắp xếp, di chuyển, kẹp phôi trong quá trình uốn và trong quá trình

uốn có thể gây ra va chạm giữa các bộ phận với nhau hoặc không thê uỗn được hoặc

phải thay đổi dụng cụ làm giảm năng suất Vì vậy đề tài sẽ tìm ra mẫu trải có độ

sít chặt cao trong số các mẫu trải

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài này người nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

- _ Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phuong phap quan sát

- Phuong pháp tập hợp và phân tích các bài bảo đã có

- - Phương pháp phân tích đánh giá

- Phuong phap xt ly thông tin

- Phuong phap 1ap trinh

TH: Nguyén Thanh Tan Trang 10 HD: TS Nguyén Thi Hong Minh

Trang 21

STT Nội dung Thời gian thực hiện | Tiến độ | Ghi Chú

1 | Tông hợp và bồ sung chuyên 20/6 - 28/6/2012 Đạt

4 | Nghiên cứu thuật toản trải 9/2012 - 10/2012 Đạt

mẫu từ file CAD 3D

5 | Hoàn thiện thuật toán tôi ưu 10/2012 - 1/2013 Đạt

hóa mẫu trải và lập trình

6 Tổng hợp và hoàn thiện luận 1/2013 - 2/2013 Đạt

văn, sửa chữa nếu cần

thực hiện

1.6 Tiểu kết chương 1

Chương này đã giới thiệu tổng quan về tình hình gia công kim loại tắm đã trình bày các hướng nghiên cứu mạnh về lĩnh vực uốn tắm ở trong và ngoài nước, trong

đó có việc trải mẫu, trải mẫu là bước rất nhỏ trong toàn bộ qui trình sản xuất Tuy

nhiên đó là khâu đầu tiên của toàn bộ qui trình sản xuất, nếu mẫu trải không được

cân nhắc thì sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ các bước tiếp theo làm ảnh hưởng năng suất

và chất lượng sản phẩm Nếu vấn đề phương án trải mẫu thành công sẽ góp phần làm hoàn thiện công nghệ uốn giúp cho toàn bộ quá trình gia công kim loại tắm dưới nguyên công uôn ngày càng hoàn thiện

Trang 22

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYET

Chương 2 đi sâu nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bài toán liên quan, bao gồm tìm hiểu công nghệ uốn nói chung, các mô hình sẵn có trong tính toán mẫu trải, vật liệu và công nghệ uốn Chương này tạo tiền đề cho các phân tích và cơ sở thuật toán tính toán trong các chương sau

2.1 Công nghệ uốn

2.1.1 Định nghĩa

Uốn tam là phương pháp tạo hình kim loại mà phôi là tắm phẳng được uốn

đọc theo đường uốn để tạo chỉ tiết ba chiều

Khi uốn kim loại bị biến đạng dẻo và sau khi trừ biến dạng đàn hồi sẽ tạo hình

đáng của sản phẩm

2.1.2 Phân loại uốn kim loại tâm

Có nhiều cách phân loại uốn kim loại tắm, trong đó công nghệ uốn có dùng

chày và cối là phô biến hơn cả vì nó rất linh hoạt có thể tạo thành nhiều hình đáng

khác nhau bằng cách sử dụng bộ chày và cối hoặc điều chỉnh hành trình của chày Uốn bằng chày và cối có thể uốn được các vật liệu dày mỏng khác nhau (0 - 25

mm) do có thể điều chỉnh lực của máy ép (20 - 200 tấn) và có thể uốn phôi kích

thước lớn nhỏ khác nhau tới 4,5 m Phương pháp uốn dùng bộ chày cối hiện nay

gồm 3 loại chính

- U6n ba diém (air bending):

Trong phương pháp này phôi chỉ tiếp xúc với dụng cụ ở ba điểm (phôi không chạm đáy của cối), phương pháp này có thể uốn góc bất kỳ từ 30” - 180” nên được

sử dụng rất phổ biến sau phương pháp bottoming

Đề đạt độ chính xác chiều rộng của cối nên băng khoảng 12 - 15 lần bề dày vật liệu

Uu điểm

Trang 23

- Không cần thay đổi bộ dụng cụ khi uốn các góc uốn khác nhau chỉ cần

điều chỉnh hành trình của chày

Hình 2 1: Sơ đồ nguyên lý uốn 3 điểm (air bending)

- _ Uốn chạm đáy (Bottoming)

Boftoming là phương pháp uốn tạo sản phẩm trong lòng khuôn

Bảng 2 1: Quan hệ giữa chiêu dày (T) và chiều rộng khuôn (V) trong

phuong phap bottoming

Trang 24

Nhược điểm

- Lực uốn lớn hơn công nghệ Air bending

-_ Chỉ phí sản xuất cao

- Bộ chày cối thay đối theo sản phẩm

- _ Uốn tạo hình (Coining)

Nhược điểm

-_ Lực uốn gấp 5 - 8 lần phương pháp Bottoming

TH: Nguyễn Thanh Tân Trang 14 HD: TS Nguyễn Thị Hông Minh

Trang 25

Việc chuẩn bị phôi cho nguyên công uốn bao gồm tính toán mẫu trải và chọn

phương án trải mẫu cho sản phẩm được thiết kế, cắt phôi theo mẫu trải, xác định thứ

tự các bước uốn, lựa cho dụng cụ (chày và cối) để tạo thành sản phẩm và cuỗi cùng

là lắp ráp hoặc hàn để hoàn thiện sản phẩm

Trang 26

Trải mẫu cho sản phẩm kim loại tắm là điều kiện tiên quyết cho toàn bộ quá

trình tạo hình kim loại tắm Việc trải mẫu bao gồm:

+ Tính kích thước phôi, kích thước phôi phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố

trong đó: vật liệu uốn, góc uốn, bán kính uốn, chiều dày vật liệu là những

yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến vùng kim loại bị biễn dạng dẻo nên việc tính toán kích thước mẫu trải phải đựa vào những yếu tố này

+ Chon cách trải mẫu, mỗi sản phẩm được thiết kế phụ thuộc vào hình

dáng, kích thước, số cạnh uốn và sự liên kết của các cạnh uốn mà ta có

các cách trải mẫu khác nhau, mỗi cách có ảnh hưởng trực tiếp đến kết

quả của các bước sau nó có thể giúp quá trình sản xuất diễn ra thuận lợi

hoặc khó khăn hoặc không thực hiện được

Vì vậy việc nghiên cứu tính toán phương án trải mẫu hợp lý và nghiên cứu tính toán kích thước phôi khi uốn là vô cùng quan trọng, theo [6] đã chỉ ra hệ số k

phụ thuộc vào vật liệu uốn, phương pháp uốn, bán kính uốn và chiều dày vật liệu

theo bảng 2.3

Bảng 2 3: Hệ số k cho các phương pháp uốn, bản kính uốn và vật liệu khác nhau

<T 0,33 0,42 | 0,38 0,38 0,44 | 0,41 0,4 0,46 | 0,44 1-3T| 0,4 0,46 | 0,44 0,43 0,47 | 0,46) 0,45 0,48 | 0,47

>3T| 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Từ bảng trên ta thấy bán kính uốn càng lớn thì hệ số K càng lớn, vật liệu càng

cứng thì hệ số K càng lớn va Kair pending <Keoining<Koottoming Tuy nhién ta thay day

vẫn là hệ số K tổng quát, còn cụ thé thi phải thực nghiệm để tìm hệ số K

Trang 27

2.2 Kích thước của phôi khi uốn

Kích thước của phôi khi uỗn không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác của chỉ tiết gia công, làm tăng thêm những nguyên công để xử lý phần thừa hoặc thiếu đó

mà còn ảnh hưởng đến lượng tiêu tốn nguyên vật liệu Vì vậy việc tính toán kích

thước phôi trước khi gia công là vô cùng quan trọng cân phải nghiên cứu tính toán

đầu tiên để hạn chế khuyết tật

Khi phôi chịu uốn kích thước chỉ tiết sẽ khác đi so với kích thước phôi đưa vào

Hiệu số này nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bán kính uốn, chiều dày

phôi, mức độ biến dạng dẻo của kim loại, tốc độ biến dạng cũng ảnh hưởng đến kích thước chỉ tiết uỗn Các nhân tố trên ảnh hưởng đến vùng mà kim loại chịu uốn

Sau đây sẽ xét đến vùng đó (vùng giới hạn uốn: Đend allowance)

Khi tắm kim loại chịu uốn, mặt trong sẽ chịu nén và mặt ngoài sẽ chịu kéo Giới hạn giữa vùng chịu kéo và vùng chịu nén là trục trung hoa (Neutral Axis) Néu chúng ta muốn uốn một phôi với góc uốn là 90”, thì kích thước của phôi không phải

là A+ B mà chúng ta cần phải tính giới hạn uốn hoặc lượng dư uốn (bend

deduction), nó cho ta biết thêm hoặc bớt ra một lượng bao nhiêu để được kích thước

chính xác mà ta mong muốn như hình 2.4

Hình 2 4: Xác định kích thước phôi khi uốn

VỊ trí của đường trung hòa khác nhau phụ thuộc vào bản chất vật liệu, bán kính

uốn, nhiệt độ môi trường xung quanh, hướng thớ vật liệu, phương pháp uốn Vị trí

Trang 28

của đường trung hòa thường được xác định qua hệ số K, hệ

số K được xác định 1a tis6 K=t/T hinh 2.5

Độ dài của phôi khi uốn tại một góc uốn được xác định

trên cơ sở cân bắng với độ dài của lớp trung hòa biên dạng:

hòa L Chiêu dài phôi

Hình 2 6: Kích thước phôi khi uỗn

L=L +BA+L Trong đó B4= giới hạnuốn; [2.1]

Trang 29

„: Bán kính cong của lớp trung hòa biến đạng tại các góc uốn

Như vậy muốn xác định chiều đài của phôi phải xác định được vị trí của lớp

trung hòa biến dạng, bán kính cong và độ dài của lớp trung hòa biến dạng tại một góc uốn Khi xảy ra biến dạng dẻo tại vùng uốn có sự thay đổi giữa vùng kéo và

vùng nén do đó làm thay đổi kích thước và hình dạng của tiết diện ngang tại vùng uốn

Như vậy: Để tính chiều đài phôi bảo đảm kích thước của chỉ tiết sau khi uốn

thì cần phải:

- _ Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa vùng biến dạng

- _ Chia kết câu của chỉ tiết uốn thành những đoạn thắng và cong

- Tổng cộng chiều dài các đoạn đó lại Chiều dài của các phần thắng không thay đổi, các phần cong được tính theo chiều dài của lớp trung hòa

Ngoài ra theo HeinzTschaetsch [16] để xác định kích thước phôi khi uốn dùng công thức sau :

Từ hai công thức (2.2) và (2.4) ta thấy kích thước phôi khi uốn có sự khác

nhau và không liên tục còn phụ thuộc vào hệ sô e và K Vì vậy việc thực nghiệm đê

Trang 30

tính chính xác kích thước phôi khi cần phải thực hiện cho từng vật liệu với các kích

thước khác nhau là cần thiết để đảm bảo chính xác Vấn đề này được người nghiên cứu trình bày trong chương 4

Theo [14] và [26] khoảng 80% sản phẩm được tạo hình từ uốn từ phương pháp

air bending, vì nó rất linh hoạt và không phụ thuộc vào dụng cụ, cùng một sản phẩm

uốn có thể kết hợp vài chày và cối lại với nhau

Bán kính trong của phôi khi uốn trong phương pháp air bending phụ thuộc vào Chiêu rộng của khuôn V

Độ cứng của vật liệu

Bán kính của chày

Khuôn cảng rộng bán kính uốn càng lớn Vật liệu càng dẻo bán kính càng nhỏ

2.3 Vật liệu dùng cho nguyên công uốn

Vật liệu dùng cho nguyên công uốn tắm chủ yếu là các tắm va băng kim loại được sản xuất với các bề dày khác nhau và đóng gói dưới dạng tâm hoặc cuộn (xem phụ lục 3)

Theo công dụng người ta chia thép tam và thép băng kết cấu được sử dụng trong ngành đóng tàu, chế tạo máy bay, ôtô, công nghiệp hóa chất và chế tạo máy

nói chung, thép tắm và thép băng đặc biệt có tính chất như bên nhiệt, chịu axit, chịu

Trang 31

Đông 22 - 28 | 30 - 40 Đông thau (70 - 30 ) 33 53 Đông thau (60 - 40 ) 38 49 Đông đỏ 40 - 50 | 50 - 75

Thép Carbon - 0.1%C 32 40 Thép Carbon - 0.2%C 40 50 Thép Carbon - 0.3%C 45 60 Thép Carbon - 0.4%C 56 72 Thép Carbon - 0.6%C 72 90 Thép Carbon - 0.8%C 90 110 Thép Carbon - 1.0%C 100 130

Thép tâm Silic 55 65 Thép tâm không gi 65 - 70 | -

Ø, : giới hạn bền kéo (N/mm?) V: chiều rộng khuôn (mm) 2.5 Tiểu kết chương 2

Chương này đã đề cập tới các phương pháp uốn và cách tính kích thước của

phôi khi uốn Kích thước của phôi khi uốn phụ thuộc vào phương pháp uốn, vật liệu

Trang 32

uôn và các thông sô đầu vào của sản phâm như bê dày, góc uôn và bán kính uôn

Việc tính toán kích thước phôi khi uôn là tôi quan trọng đê đạt được độ chính xác

khi uôn

Trang 33

Chương 3:

CÁC VẤN ĐÈ THƯỜNG GẶP KHI TRẢI MẪU

Dù công nghệ uốn ba điểm khá đơn giản, cách tiếp cận cho bài toán tính toán mau trải tổng thể cho chỉ tiết đơn giản đến phức tạp vẫn còn nhiều khúc mắc

Chương 3 tập trung đề cập các vấn đề thường gặp khi tính toán trải mẫu, tập trung

vào những yếu tô ảnh hưởng trực tiếp đến công nghệ và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Chương này cũng tập hợp những thuật toán hiện có khả dĩ sử dụng cho tính toán

mẫu trải, dựa trên cơ sở đó cải tiến để đưa ra dự kiến về thuật toán khả thi cho bài toán cụ thê với các thí dụ thực tiễn

3.1 Vấn đề đường hàn, đường uốn

3.1.1 Định nghĩa đường hàn, đường uốn

Sản phẩm kim loại tắm bao gồm một hay nhiều chi tiết từ kim loại tắm, chúng

được hàn hay uốn dọc theo đường thắng Vì vậy sản phẩm tạo thành sẽ là các mặt

phăng liên kết với nhau tại các đường hàn hay đường uốn Đường hàn và đường uốn

có thê được phân biệt bởi các cạnh tự do Tất cả các loại đường gặp nhau ở đỉnh của

b: sé dudng uén (bends)

Trang 34

e: số canh ty do (free edges)

w: số đường hàn (wel4s)

v: số đỉnh (verfice)

am: SỐ lỗ (holes)

m: số thê tich hinh thanh (volumes)

Khi sản phẩm được khai triển f=s†+b+e-v-g„m (4.2)

Khi mặt uốn được uốn, vài cạnh tự do và đỉnh có thê liên kết với nhau gọi là

đường uốn (nếu chúng không được hàn với nhau, chúng vẫn giữ 2 cạnh tự do riêng

biệt thì tôpô không có gì thay đổi) Đường hàn được định nghĩa là

Đường hàn là đường thắng liên tục là giao tuyến của hai hay nhiều mặt Số đường hàn được ký hiệu là w Lưu ý rằng theo định nghĩa này đường uốn có thể thay thế cho đường hàn

Lỗ có thể được tạo ra và các thể tích có thể được bịt kín khi mặt uốn được uốn

Thể tích được kí hiệu là m Ban đầu, trong tắm phôi phẳng không có đường hàn và đường uốn nên w=0, m=0 Do đó phương trình (4.2) có thể sửa lại thành fs+b+e+w+-v-g„m+m, bao gồm cả đường hàn và thể tích tạo thành

Khi uốn và hàn để tạo thành sản phẩm hoàn thiện, các cạnh tự do liên kết với

nhau theo nhiều phương án khác nhau Khi uốn thì không làm thay đổi tôpô hoặc

không làm thay đổi các thành phần cơ bản Nhưng khi hàn sẽ liên kết các cạnh tự

do, đỉnh và mặt uốn vì vậy tôpô sẽ thay đôi Kí hiệu sự thay đổi f, s, b, e, w, v, Sams

va m bang f, 3, b, é,W, 0, g va mi

- Khi han, 2 canh lién két vi nhau thanh 1, mét trong hai duong co thé 1a

cạnh tự do hoặc đường hàn hoặc đường uốn Kết quả là b + é+ = -1

- Khi 2 cạnh liên kết với nhau có thê không có đỉnh chung, có thể chung 1

Trang 35

= Néu 2 cạnh thuộc hai chỉ tiết riêng biệt khi hàn chúng là một, do đó 7ñ = —1 Khi tách chỉ tiết sẽ trở thành 2 phần,

Có 1 đỉnh chung: Nếu 2 cạnh có cùng 1 đỉnh chung, khi hàn I

đỉnh sẽ mất, nên = —1 Hai cạnh xuất phất từ 1 chỉ tiết bởi vì nó chung 1 đỉnh đó đó s = 0, vì số lỗ không thay đổi do kết nối không

có chỉnh sửa, do đó Ø „.„ = 0 và n = 0 Vì vậy s— — g „ + Tn

= +1

+ C62 dinh chung: nếu hai cạnh có cùng 2 đỉnh chung, do đó lúc

đầu nó có 1 lỗ Khi hàn 2 cạnh lại với nhau, không có đỉnh nào mất, do đó = 0 Hai cạnh ban đầu phải cùng một chi tiết vì

chúng có chung l1 đỉnh, do đó s = 0 Ta phân biệt 2 trường hợp sau:

“ Nếu một đường cong kín trên bề mặt đi qua giữa 2 cạnh, thì

sự liên kết của 2 cạnh sẽ bị tách ra bởi đường cong, do đó

theo định nghĩa lỗ của non-manifold ở mm TL, Trong

trường hợp này, số thể tích không thay đổi vi 77 = 0

" Mặt khác, không đường cong kín trên mặt phăng có thể

vượt qua một hoặc hai cạnh vì vậy hai cạnh phải được hàn

lại là một tạo thành thể tích, việc hàn không làm thay đôi lỗ,

I nm = 9, nhung tạo ra thé tich, 7 = +1 Chung lai s—

PT— Ở ư tm=41

Trang 36

- Số mặt không thay đổi khi liên kết, do đó ƒ=0 với b + é+ W = -l và s—

UÚ—0„ „+ m= 1 khong co gi thay đối trong giá trị của phương trình (4.1)

3.1.2 Mô hình hóa chỉ tiết uỗn

Chỉ tiết tấm kim loại bao gồm những mặt uốn (/ange) nối với các cạnh khác bằng đường uốn (bend ïine) Do đó phương pháp mô hình hóa (zepresenfation

method) cho chi tiết uốn có thể được xác định trước khi trải phôi

Nghiên cứu [11] và [17] đã cung cấp một cách tổng quan về cách tiếp cận

được tôi chấp nhận đề đại điện cho mô hình uốn Phương pháp mô hình hóa sử dụng

mô hình solid và mô hình lá kim loại là hai chuỗi dữ liệu chính được trình bày ở

hình 3.2 Trong kim loại lá, bề dày của tắm kim loại được bỏ qua dựa trên sự xem

xét độ dày không đáng kể so với các kích thước còn lại Các mặt uốn đại diện bởi

mô hình kim loại lá thường trùng với mặt phăng giữa của mô hình khối hoặc mặt

phăng trung hòa của tắm kim loại nơi mà biến dạng bằng không Đề đơn giản, thời gian và không gian các thao tác của mô hình đã được giảm đáng kể Trong mô hình này thuộc tính ban đầu của các phần uốn có thể giữ được vì vậy mô hình khối ban

đầu của chi tiết có thê được tái cầu trúc cho các hoạt động, điều này đòi hỏi phải có

một mô hình chính xác như là một tham chiếu kiểm tra

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện bởi tác giả khác nhau xác định một

phương pháp thích hợp đề kết nối giữa các mặt uốn Trong đó viêc tiếp cận mô hình mỏng được chia thành các mô hình mỏng với kết nối đường cong và mô hình mỏng

kết nối tuyến tính, như mô tả trên hình 3.2 b và c

Trang 37

(a) (b) (c)

Hình 3 2: Mô hình hóa chi tiét un [6]

a) Mô hình khôi b) Mô hình la kim loại c) Mô hình là kim loại với mặt uốn được

Đê khai triên một mâu, môi quan hệ hình học tôpô giữa mặt uôn và các đường nối của mô hình cụ thể là rất quan trọng Phương pháp chung để diễn tả mối quan

hệ kế cận này là sử đụng đồ thị không định hướng („nđirected graph) với các điễm

và cung Điểm tương ứng với mặt uốn và cung tương ứng với kết nối (conecfion ƒ#eafures) Theo cách trình bày này, cung giữa hai nút là đường hàn hoặc đường uốn nối hai mặt uốn tương ứng

Thông tin về hình học tôpô của chi tiết có thê được thê hiện trong ma trận với

kích cỡ bằng số mặt uốn trong thiết kế Trong ma trận này kết nối một phần tử aij nhị phân với một giá trị bằng 1 tương ứng với một kết nối giữa hai mặt uốn i va j, giá trị băng 0 không kết nối với mặt uốn

Từ biểu diễn tôpô của thiết kế, qui trinh trải mẫu phải phân tích kết nỗi và đưa

ra cay bao trim (spanning tree), dai dién cho tam phắng Cây bao trùm cũng là đồ thị không định hướng với nút và cung Sự khác nhau giữa cây bao trùm va đồ thị không định hướng thể hiện trong thiết kế là cung có trước để định hướng đường uốn, còn phần còn lại là đường hàn Cây bao trùm không cho phép bất cứ vòng lặp nào, làm cho tấm phẳng hợp lệ Vòng kín trong đồ thị không định hướng đại diện

cho tấm kim loại, điều đó có nghĩa là có một vòng kín kết nối nhóm mặt uốn, làm

mô hình không khả thi Nhiệm vụ của qui trình trải mẫu là phát hiện vòng kín và

phá vỡ chúng để trải phôi

Trang 38

Các phương pháp đại diện cho chi tiết được mô tả ở trên không phải là rất kinh

tế về sử dụng không gian bộ nhớ Một phương pháp đại diện nhỏ gọn hơn, tăng cường thuật toán tìm kiếm, như giải thích trong đoạn sau đây được đề xuất

Liên kết giữa mặt uốn được thê hiện nhỏ gọn hơn trung bình của một vectơ có

chứa đữ liệu nhị phân Kích thước của vectơ này là tương đương với số lượng kết

nối trong thiết kế, bao gồm đường hàn và đường uốn Số lượng các bit khác không

trong tam phang sẽ bằng số đường uốn trong thiết kế Thuật toán trải phôi sẽ quyết định đữ liệu bit nào nên gán bằng không để tạo cây bao trùm Đối với một số tiêu

chí tối ưu hóa, điều quan trọng để đánh giá số mặt uốn liên kết với mỗi cạnh hoặc

bậc của nút trong sơ đồ Thông tin này có thể được xuất ra ma trận kết nối bằng cách tông của mỗi hàng, tương ứng với các cạnh khác nhau, mà sau đó có thê lưu trữ trong một vectơ Phương pháp này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho các thuật toán tìm kiễm được mô tả sau này nhưng cũng làm giảm phức tạp không gian

D2 SIM, 4|4Ì4Ì3|3|1111

[11111111010]110]0]1] Hie 34567 421211111111]

Hình 3 3: Tôpô của chỉ tiết và trải ra của nó 12]

a) Thiết kê mô hình khung dây b) Sơ đô kêt nồi

Để thuận tiện cho việc khai triển kết cầu tắm phăng, biểu diễn hình học thích

hợp của cầu trúc 3D phải chứa hai loại dữ liệu: một là dữ liệu hình dáng hình học,

đữ liệu mà để xác định hình đáng hình học và vị trí của cau trúc, hai là đữ liệu tôpô (fopological), đữ liệu mà xác định sự liên kết giữa các bề mặt Biểu diễn hình học

Trang 39

chỉ cần thể hiện qua lưu đồ, điều này có nghĩa là không cho phép làm từ vật liệu dày (bề dày giả sử bằng 0) và bán kính uốn cũng được cân nhac

3.1.3 Thuật toán

a Dinh nghia

Cho G = (X, U) là một đồ thị có định giá; tương img véi mdi cung u=(i, j), có

một chiều dài (hay trọng lượng) I(u) hay 1; Bài toán tìm đường đi ngắn nhất giữa ¡

và j là tìm một đường (i,j) tir i đến j sao cho:

lu) = 1(u) là ngắn nhất

b Thuật toán Kruskal

Cho G = (X,U) là đồ thị vô hướng liên thông Mỗi cạnh u của đồ thị được gán

với một số không âm l(u) gọi là trọng số của nó Giả sử T = (X, U) là cây khung của

G

IU)=Đ„eụ l(4) Vậy sẽ tìm p sao cho 1(y) nho nhất

Xây dựng tập cạnh U cua G = (X, U) theo từng bước:

- _ Sắp sếp các cạnh của G theo thứ tự tăng dẫn theo chiều dai

- _ Bắt đầu với U=Ø bố sung dần các cạnh vào U với điều kiện không tạo thành

chu trình trong T

- _ Thuật toán dừng lại khi có n-l cạnh được chọn

c Thuật toán Prim

Xây dựng tập đỉnh Xe và tập cạnh U của cây khung G = (Xe,U) theo từng bước:

- _ Bắt đầu với Xe=l(u), một đỉnh bất kỳ và G=Ø0 Trong tất cả các cạnh có 1

đỉnh ý Xe và một đỉnh € Xe chọn cạnh có trọng số nhỏ nhất

-_ Bồ sung cạnh đó vào U và đỉnh tương ứng vào Xe

- _ Thuật toán dừng lại khi có n-l cạnh được chọn (hoặc Xe =X)

Trang 40

3.1.4 Áp dụng thuật toán cho sản phẩm

Trong đó, A,B,C,D,E là các mặt của chỉ tiết được mô hình hóa

Các con số là chiều dài giao tuyến giữa các mặt (có thể mở rộng là chỉ phí

ché tao, chi phi dé hình thành mặt uốn, )

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	36,42 MB