Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập các chi tiết có hình dạng phức tạp

Với đặc điểm của phương pháp công nghệ này là sử dụng lực ép từ dụng cụ gia công để tạo hình chi tiết từ phôi tấm có hình dáng từ đơn giản thành các sản phẩm có hình dạng phức tạp và đượ

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

LÝ LỊCH KHOA HỌC

(Dùng cho học viên cao học)

I Sơ lược lý lịch:

Họ và tên: Đỗ Toàn Thắng. ………

Giới tính: Nam Sinh ngày: 14 tháng 12 năm 1983

Nơi sinh(Tỉnh mới): Bắc Thái

Quê quán: Quang Minh – Mê Linh – Vĩnh Phúc

Chức vụ: Cán bộ

Đơn vị công tác: ……Công ty cổ phần xây dựng và thiết bị công nghiệp CIE1 Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Thị trấn Quang Minh – Mê Linh – Hà Nội Điện thoại CQ: ……… Điện thoại NR: ……… Điện thoại di động: 0168 444 1042 Fax: E-mail: dotoanthangvp@gmail.com

II Quá trình đào tạo: 1 Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng): - Hệ đào tạo(Chính quy, tại chức, chuyên tu) ….… Thời gian đào tạo: từ / đến ……

- Trường đào tạo …… ………

- Ngành học: ………… Bằng tốt nghiệp đạt loại …

2 Đại học: - Hệ đào tạo(Chính quy,tại chức, chuyên tu): Chính quy …Thời gian đào tạo: từ 9/2002 đến 6/2007 - Trường đào tạo Đại học Bách Khoa Hà Nội …

- Ngành học: …………Cơ khí ……… Bằng tốt nghiệp đạt loại TB Khá

3 Thạc sĩ: - Hệ đào tạo: Thạc sĩ khoa hoc Thời gian đào tạo: từ 10 / 2009 đến .10 / 2011

Chuyên ngành học: Công nghệ chế tạo máy

- Tên luận văn: Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập các chi tiết có biên dạng phức tạp

- Người hướng dẫn Khoa học: TS Nguyễn Đắc Trung

4 Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): Tiếng Anh – B1

ảnh 4x6

III Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:

2007 - 2011 Công ty cổ phần khuôn mẫu chính xác

IV Các công trình khoa học đã công bố:

Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật

Ngày tháng năm

NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

Mục lục

Lời cảm ơn

Chương 1 Tổng quan về công nghệ dập tấm 7

1.1 Vài nét về công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí 7 1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất các chi tiết dạng tấm 9 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt 15

Chương 2 Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn tới quá trình dập vuốt 21

2.1 ảnh hưởng của lực chặn trong quá trình dập vuốt 21

2.3 Các phương tạo lực chặn thay đổi theo tọa độ 37 2.3.1 Phương pháp thay đổi biên dạng hình học của phôi 37 2.3.2 Phương pháp thay đổi biên dạng hình học của tấm chặn 37 2.3.3 Phương pháp tạo ra bề mặt chặn có hệ số ma sát thay đổi theo vị trí 38 2.3.4 Phương pháp điều chỉnh lực chặn trực tiếp trên thiết bị 38 2.3.5 Phương pháp sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt 38 2.3.6 Phương pháp điều khiển lực chặn bằng khuôn có hệ thống đàn hồi 42

Chương 3 Mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết vỏ két chứa nhiên

liệu

58

3.2 Thiết lập bài toán mô phỏng số quá trình dập tạo hình chi tiết vỏ két

4.2 Giải pháp xác kết hợp lực chặn thay đổi theo vị trí và bố trí gân vuốt

Lời nói đầu

Do tính ưu việt của công nghệ gia công áp lực như năng suất cao, chất lượng tốt, sản phẩm đa dạng, phong phú và khả năng thay đổi kiểu dáng dễ dàng nên công nghệ này hiện đang là một vấn đề được chú trọng trong ngành cơ khí ở Việt Nam, một loại hình công nghệ đang rất phát triển đó là công nghệ dập tấm Với đặc điểm của phương pháp công nghệ này là sử dụng lực ép từ dụng cụ gia công để tạo hình chi tiết từ phôi tấm có hình dáng từ đơn giản thành các sản phẩm có hình dạng phức tạp và được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, nhất là các ngành công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp dân dụng, điện lạnh, hàng không vũ trụ, tàu thủy, quốc phòng, y tế

…

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây công nghệ tạo hình vật liệu tấm

được ứng dụng và phát triển rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất ô tô nhất là các chi tiết vỏ xe có biên dạng phức tạp Đối với các chi tiết có biên dạng phức tạp, việc sử dụng khuôn có kết cấu lực chặn không thay đổi thường làm cho sản phẩm có chất lượng không cao, chi tiết thường bị nhăn hoặc rách Theo các nghiên cứu mới nhất tại nhiều nước tiến cho thấy đối với các chi tiết có biên dạng phức tạp, lực chặn phải thay đổi theo vị trí và phụ thuộc vào hành trình của chày Trong khi đó, ở Việt Nam, khi dập tạo hình vẫn thường sử dụng tấm chặn cứng, lực chặn phân bố đều Vì vậy, khi dập các chi tiết có biên dạng phức tạp, mức độ dập vuốt thay đổi theo vị trí trên sản phẩm, thì các nhà kỹ thuật trong nước gặp nhiều khó khăn với hệ thống chặn có tấm chặn cứng và sản phẩm thường có chất lượng thấp

Do đó đề tài “Nghiên cứu công nghệ dập tọa độ để dập các chi tiết có biên dạng phức tạp” là một đề tài thiết thực phục vụ cho thực tiễn sản xuất ở nước ta Đề

tài đã chỉ ra rằng công nghệ chặn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong công nghệ dập tấm Vì vậy, đề tài cũng nghiên cứu và phát triển công nghệ chặn tọa độ và ứng dụng để giải quyết các vấn đề về nhăn và rách xuất hiện khi dập các chi tiêt có biên dạng phức tạp Giải quyết được các vấn đề trong công nghệ này, ta có thể làm

chủ được vấn đề ảnh hưởng của lực chặn và đưa vào sản xuất tạo để ra các sản phẩm

có chất lượng cao

Nội dung chính của luận văn là tập trung giải quyết các vấn đề tính toán lý thuyết giải tích và mô phỏng số để đưa ra những lý thuyết quan trọng nhất về ảnh hưởng của lực chặn trong dập vuốt và nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ chặn trong việc dập các chi tiết phức tạp Luận văn được trình bày trong 4 chương Chương 1 trình bày về các vấn đề cần nghiên cứu trong công nghệ dập tấm Những nghiên cứu cơ bản về ảnh hưởng của lực chặn tới quá trình dập vuốt dựa trên biến dạng dẻo kim loại với các khái niệm cơ bản về lý thuyết, nguyên lý được trình bày trong chương 2 Chương 3 trình bày về công nghệ chặn đàn hồi Chương 4 trình bày

về mô phỏng số quá trình dập tạo hình với sản phẩm cụ thể là chi tiết bình xăng xe otô Phần kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

Hà nội, tháng 03 năm 2012

Tác giả

C¸c Tõ viÕt t¾t trong luËn V¨n

C¸c phÇn mÒm m« pháng : ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP,

LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, Catia

FRN Lùc ma s¸t c¶n trë sù ch¶y cña vËt liÖu N, kN

Chương 1

Tổng quan về công nghệ dập tấp

1.1 Vài nét về công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí

Ngày nay, các phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo của vật liệu (gọi tắt là gia công biến dạng dẻo hay gia công áp lực) đã chiếm một vị trí quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí và luyện kim (lên

đến 35%) Chủng loại sản phẩm của gia công áp lực hết sức phong phú, đa dạng và

được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, đời sống xã hội như xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện, điện tử, hoá chất, hàng kim khí gia dụng, v.v Bên cạnh những phương pháp mang tính truyền thống chuyên sản xuất bán thành phẩm và tạo phôi như cán, rèn, ép này đã xuất hiện những phương pháp cho phép sản xuất ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh không cần phải gia công tiếp theo, đặc biệt là những sản phẩm dập tấm

Công nghệ tạo hình kim loại tấm (dập tấm) là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn Sở dĩ dập tấm ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: có thể cơ khí hoá và tự động hoá cao; năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu và tận dụng được phế liệu; đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên…

Các dạng sản phẩm của dập tấm rất đa dạng, từ những sản phẩm đơn giản dạng cốc, hộp đến những sản phẩm có hình dạng phức tạp như vỏ ô tô (hình 1.1)

Công nghệ dập tấm mà nguyên công tạo hình quan trọng trong đó là dập vuốt

được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện dân dụng, thiết bị y

tế là nhờ những ưu điểm nổi bật như:

- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn

- Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể làm được hoặc rất khó khăn

- Độ chính xác của các chi tiết dập tấm cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công cơ

- Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại nhỏ

- Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự

động hoá, do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm

- Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao, do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương

- Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối, do đó hạ giá thành sản phẩm

- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao

- Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công những vật phi kim như: Techtolit, hêtinac và các loại chất dẻo

Hình 1.1 Hình ảnh về sản phẩm dập tấm

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi

là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường s ≤ 4 mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn Một chi tiết sản xuất bằng

công nghệ dập tấm có thể thực hiện qua rất nhiều nguyên công công nghệ như: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt trích v.v

1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất các chi tiết dạng tấm

Hiện nay, ở Việt Nam, lĩnh vực gia công áp lực nói chung và dập tấm nói riêng chưa phát triển mà chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ và manh mún, các sản phẩm nhỏ có độ phức tạp chưa cao Công nghệ chế tạo khuôn cũng còn non kém, hầu hết chỉ chế tạo được các khuôn nhỏ và đơn giản với chất lượng không cao Trang thiết bị đã rất lạc hậu so với thế giới vì hầu hết là được tài trợ hoặc mua của nước ngoài từ những thập kỷ 70 hoặc 80 của thế kỷ trước Một số liên doanh, doanh nghiệp nước ngoài nước ngoài đã áp dụng gia công khuôn phức tạp trên các máy

điều khiển số hiện đại, song hiệu quả, chất lượng vẫn chưa cao Hơn nữa, trong nước còn thiếu cả nhân lực cũng như các phần mềm thiết kế, mô phỏng cần thiết

đáp ứng yêu cầu thực tiễn

Quy trình thiết kế chế tạo các sản phẩm dập tấm trong nước thường được tiến hành theo sơ đồ như hình 1.2

Quá trình thiết kế công nghệ, chế tạo khuôn và sản xuất mang tính kinh nghiệm

là chủ yếu Chính vì vậy, đối với các chi tiết có hình dạng đơn giản (dạng cốc, hộp, côn) thì đi theo con đường tính toán công nghệ, chế tạo khuôn rồi dập thử, hiệu chỉnh khuôn cho đến khi đạt được chất lượng sản phẩm theo yêu cầu thì đưa ra sản xuất loạt lớn Nhưng khi gặp phải các chi tiết có hình dạng không đối xứng trục, phức tạp như các chi tiết vỏ ô tô thì quá trình thiết kế theo trình tự như hình 1.2 không thực hiện được bởi tốn rất nhiều thời gian, tiền bạc vào việc sản xuất khuôn mẫu, dập thử và chỉnh sửa Mặc dù vậy, đôi khi không cho ra sản phẩm có chất lượng theo yêu cầu

Hình 1.2 Quá trình thiết kế, chế tạo sản xuất các chi tiết dạng tấm trong nước

Với chính sách nội địa hoá các sản phẩm cơ khí, nhiều cơ sở, nhà máy đã đầu tư để thiết kế và chế tạo các chi tiết phức tạp, ví dụ như các liên doanh sản xuất ô tô, các thiết bị điện, chắc chắn trong khoảng thời gian không xa, nền sản xuất các chi tiết dạng tấm sẽ được thúc đẩy và tiếp cận với các nền sản xuất của các nước công nghiệp hiện đại

ở những nước có ngành công nghiệp ô tô phát triển như Mỹ, Nhật, Đức, Anh thì việc thiết kế qui trình công nghệ sản xuất các chi tiết tấm có hình dạng phức tạp

được thực hiện rất bài bản với tính khoa học và độ chuyên môn hoá rất cao Sơ đồ thiết kế chế tạo được tiến hành như sơ đồ hình 1.3

Theo phương pháp thiết kế công nghệ và chế tạo như vậy cho phép tiết kiệm thời gian, nguyên vật liệu cho sản xuất thử nghiệm, nâng cao chất lượng sản phẩm dập, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm và có thể sử dụng các cụm chi tiết trong bộ khuôn vạn năng Điểm cơ bản trong việc thiết kế công nghệ theo phương pháp này là “Công nghệ ảo”, mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết trên máy tính với sự trợ giúp của các phần mềm thiết kế mô phỏng

Hình 1.3 Sơ đồ thiết kế công nghệ chế tạo các chi tiết dập tấm

tại các nước tiên tiến

Với các chi tiết dập tấm vỏ mỏng, có kích thức lớn, hình dạng không gian phức tạp như vỏ ô tô, việc thiết kế các bộ khuôn dập không đơn giản, các bộ khuôn dập cũng có kích thước lớn và hình dạng phức tạp tương tự như chi tiết, giá thành của các bộ khuôn rất cao (ví dụ như khuôn dập tai trước ôtô UAZ cũng lên tới nửa tỉ

đồng), mất nhiều thời gian thiết kế, chế tạo Nếu chỉ tính toán thiết kế khuôn căn cứ vào kinh nghiệm thì việc chế tạo khuôn, dập thử, hiệu chỉnh, sửa khuôn sẽ rất mất thời gian và đôi khi không cho sản phẩm có chất lượng như mong muốn Nhưng nếu dựa trên cơ sở mô phỏng số quá trình biến dạng, việc tính toán khuôn dập vỏ ôtô sẽ

được tiến hành nhanh chóng, chính xác trên máy tính Căn cứ vào kết quả mô phỏng

số, ta sẽ xác định được qui trình công nghệ tối ưu như số lần dập tạo hình, các thông

Hình 1.4 biểu diễn quá trình tính toán thiết kế khuôn và tối ưu công nghệ dựa trên mô phỏng số Đầu tiên, sản phẩm mẫu (chi tiết) sẽ được số hoá dưới dạng mô hình 3D Mô hình số ban đầu là tập hợp của nhiều điểm trong không gian hoặc có thể là mô hình lưới Sau đó mô hình sẽ được dựng ở dạng mặt Đây sẽ là mô hình cơ

sở cho việc thiết kế mô hình hình học của khuôn (chày, cối, chặn) và phôi như trên hình 1.5

Hình 1.4 Tính toán thiết kế khuôn dập vỏ ô tô dựa trên mô phỏng số

Sau khi có mô hình hình học của cả bài toán bao gồm mô hình chày, cối, tấm chặn, phôi, ta sẽ tiến hành mô phỏng số bao gồm các bước:

- Xây dựng mô hình thuộc tính biến dạng của phôi và dụng cụ gia công

- Chia lưới phần tử cho mô hình bài toán

- Thiết lập mô hình tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công

- Xây dựng mô hình điều kiện biên của bài toán như ràng buộc chuyển vị, lực, nhiệt độ

- Giải bài toán nhờ tính toán phần tử hữu hạn

Hình 1.5 Mô hình bài toán dập tạo hình bao gồm mô hình khuôn và phôi

Tối ưu hoá công nghệ bằng mô phỏng số được thực hiện với sự trợ giúp của các phần mềm như ANSYS, MARC, ABAQUS, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, PAM-STAMP, DEFORM… Kết quả mô phỏng là các hình ảnh trực quan về trường phân bố ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng, chuyển vị như trên hình 1.6 Thông qua các kết quả này ta có thể đánh giá chính xác cả quá trình tạo hình, nhưng khuyết tật như nhăn, rách, vị trí xảy ra khuyết tật trên phôi Tại các vị trí biến dạng lớn (mầu đỏ trên biểu đồ hình 1.6 b và c), vật liệu tấm bị biến mỏng mãnh liệt (có thể lên đến 50%), tại đó ứng suất tập trung rất lớn và tạo ra các vùng nguy hiểm có thể gây rách sản phẩm Tại các vị trí trên mặt vành phôi xuất hiện sự tăng và có thể gây nên hiện tượng nhăn

a)

Hình 1.6 Kết quả mô phỏng số quá trình dập tạo hình chi tiết tai trước xe con a) Lưới biến dạng b) Phân bố biến dạng trên phôi c) Vị trí nguy hiểm

Qua quá trình mô phỏng, ta không chỉ có được các kết quả để đánh giá một quá trình tạo hình vật liệu mà một ưu điểm khác nữa của quá trình mô phỏng số là ta

có thể thay đổi được điều kiện biên ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình biến dạng của phôi như vật liệu, lực ép, lực chặn, điều kiện bôi trơn hay hình dạng hình học của khuôn, kết cấu khuôn Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp này đôi khi khảo sát thực tế rất khó khăn vì chúng phụ thuộc vào mức độ biến dạng hay hành trình chày dập Nhưng với việc mô phỏng số hoàn toàn có thể giải quyết được vấn đề khó khăn này Qua đó, ta có thể chọn ra điều kiện tốt nhất cho quá trình biến dạng và cố gắng tạo

ra các điều kiện mô phỏng số giống như trong môi trường thực tế

Sau khi chọn được phương án công nghệ phù hợp thì bước tiếp theo là chế tạo sản phẩm mẫu và kiểm chứng độ chính xác của sản phẩm mẫu so với thiết kế Nếu chất lượng đạt yêu cầu (sản phẩm dập thử trên hình 1.7) thì có thể cho sản xuất loạt lớn, nếu còn có nhưng sai sót ta có thể thay đổi điều kiện biên như lực chặn, tốc độ biến dạng hay ma sát để đạt được kết quả tốt hơn Nhưng chắc chắn sự thay đổi này không lớn, bởi kết quả mô phỏng đã đánh giá một cách kỹ lưỡng Trong suốt thời gian sản xuất loạt, ta vẫn phải kiểm tra lại, đánh giá sản phẩm để đảm bảo độ chính xác và đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Khuôn dập tạo hình có biên dạng thường rất phức tạp, phụ thuộc vào hình dạng của sản phẩm, nên việc gia công khuôn phải được tiến hành trên các thiết bị gia công hiện đại như máy phay điều khiển CNC, gia công tia lửa điện, gia công khuôn bằng tia laze, thiết bị gia công có kết cấu HEXAPOD, các thiết bị này có thể gia công những lòng khuôn hết sức phức tạp với chất lượng và năng suất cao hơn Hơn thế nữa, công nghệ xử lý bề mặt khuôn cũng có các bước tiến về kỹ thuật ngoài những phương pháp nhiệt luyện thông thường như thấm cacbon, nitơ để tăng độ bền, ngày nay còn dùng công nghệ phủ để tạo ra bề mặt, laser hoá bề mặt có chất lượng cao hơn hẳn, đồng thời có thể tạo ra các bề mặt ma sát hợp lý cho quá trình tạo hình sản phẩm

Tóm lại, nghiên cứu thiết kế khuôn dập các chi tiết lớn, hình dạng phức tạp như vỏ ôtô dựa trên mô phỏng số quá trình biến dạng cho phép giảm thiểu thời gian

thiết kế, chỉnh sửa khuôn mẫu, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm, đồng thời giảm thiểu các chi phí cho chế tạo và dập thử Thông qua mô phỏng số, người kỹ sư nhanh chóng tối ưu các thông số công nghệ và khuôn mẫu sao cho tránh được các khuyết tật như nhăn, rách sản phẩm, đồng thời tạo ra công nghệ hợp lý nhất vừa tiết kiệm nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm Các phương án công nghệ,

điều kiển các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình tạo hình hoàn toàn có thể thực hiện trong thực tế như việc xử lý bôi trơn đã tạo điều kiện cho việc kéo kim loại vào lòng cối tránh được các khuyết tật, nâng cao năng suất và tuổi thọ khuôn lên rất nhiều Hơn thế nữa, các phương pháp chặn tiến bộ như chặn bằng gân vuốt, chặn toạ

độ, bề mặt có lực ma sát thay đổi cho phép thay đổi lực chặn liên tục trong quá trình tạo hình phù hợp với hành trình chày dập vuốt đã đem lại hiệu quả thiết thực hạn chế tới mức thấp nhất các khuyết tật hay gặp là nhăn hay rách và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm dập

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt

Khi nghiên cứu sự sai hỏng sản phẩm dập tấm có thể dễ dàng nhận thấy các dạng phế phẩm sau đây:

- Sản phẩm dập bị nhăn trên vành (hình 1.8)

- Sản phẩm bị rách (hình 1.8)

- Chiều cao sản phẩm không đồng đều (hình 1.9)

- Bề mặt chi tiết bị cào xước

- Sản phẩm không đạt kích thước chính xác do đàn hồi lại (hình 1.10)

Các dạng hỏng hóc của sản phẩm này có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế qui trình công nghệ, khuôn, chế tạo khuôn, vật liệu phôi và đặc biệt nhất là các thông số công nghệ

Hiện tượng rách phôi như trên hình 1.8a xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân

lực chặn phôi quá lớn, góc lượn cối nhỏ Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn, có thể chọn hệ số dập vuốt phù hợp hay chia thành các nhiều nguyên công trung gian Góc lượn của cối cũng hoàn toàn có thể điều chỉnh được, thay đổi góc lượn phù hợp hơn Nhưng lực chặn phôi là một thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu điều chỉnh lực chặn phôi không đủ thì phôi lại có hiện tượng nhăn trên phần vành như hình 1.8b Đối với việc dập vuốt các chi tiết có hình dạng phức tạp, nếu không điều khiển lực chặn hợp lý thì sẽ không thể tìm ra một giá trị lực chặn nào thích hợp vì trên sản phẩm đồng thời xuất hiện cả nhăn lẫn rách Trong những trường hợp như vậy buộc phải có những phương pháp đặc biệt như chặn theo vị trí và lực chặn thay

đổi

Hình 1.8 Chi tiết bị rách và nhăn khi dập vuốt

Hiện tượng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều như trên hình 1.9 rất hay xảy ra do vật liệu tấm không đồng nhất và đẳng hướng Tính dị hướng ban đầu của các tấm cán nguội (từ đó cắt thành các tấm phôi) sẽ tạo thành các thớ Trong quá trình biến dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo dài, do đó tạo thành cấu trúc dạng chuỗi được xác định trước bởi tính dị hướng của kim loại Tính dị hướng của tấm cán sẽ làm cho biến dạng theo các hướng khác nhau

là không giống nhau, có thể làm cho phôi theo hướng này dễ dàng bị kéo dài ra, còn theo hướng khác lại rất khó biến dạng Sự biến dạng không đồng đều này sẽ làm cho quá trình công nghệ dài hơn, tốn kém hơn, bởi ta phải thêm một nguyên công cắt mép một lượng ∆H Khi tính toán phôi dập vuốt ta phải thêm vào kích thước theo các phương một lượng dư hợp lý Nhưng điều này sẽ làm cho bề mặt tiếp xúc giữa

phôi và mặt vành cối thay đổi, hệ số dập vuốt thay đổi và làm cho lực chặn cũng thay đổi theo

Hình 1.9 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều

Để giảm sự ảnh hưởng của tính dị hướng kim loại đến sự không đều chiều cao chi tiết khi dập vuốt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức tạp (bởi phải tính đến mức độ biến dạng theo các phương khác nhau), người ta còn sử dụng cối với mép lượn có độ cong thay đổi (dọc theo đường bao của lỗ cối) hoặc nung nóng không đều phần vành phôi, hoặc thay đổi áp lực chặn theo đường bao của cối Hiện tượng bề mặt sản phẩm bị cào xước, không nhẵn là do ma sát giữa bề mặt phôi và phần vằnh chặn, góc lượn cối quá lớn, cũng có thể do lực chặn phôi trên phần vành lớn Hiện tượng này không những làm giảm chất lượng của sản phẩm dập

mà còn gây ra phế phẩm nếu ta dập nhưng vật liệu tấm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề mặt, bởi các lớp phủ trên bề mặt sẽ bị cào xước và phá huỷ Để giảm hiện tượng này

ta có thể giảm ma sát bằng cách bôi trơn hoặc có thể tạo ra lực chặn phôi hợp lý

Hình 1.10 Sản phẩm bị đàn hồi lại

Một trong những hiện tượng thường xuyên xảy ra đối với các quá trình uốn tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là đàn hồi lại Hiện tượng này có nghĩa là sau khi biến dạng, phôi bị đàn hồi lại và làm cho các góc

bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu (hình 1.10) Để giảm hiện tượng đàn hồi lại, có thể tính toán góc thực tế nhỏ hơn, làm cho vật liệu phôi vừa bị biến dạng theo phương này là kéo thì lại biến dạng nén ngay theo phương đó hoặc ngược lại Trong nhiều trường hợp người ta có thể dử dụng công nghệ chặn có gân vuốt

1.4 Mục đích, ý nghĩa của luận văn

Trong phần trình bày tóm tắt về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dập vuốt

và trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm ở mục trước, có thể nhận thấy có ba yếu tố chính đó là:

• Vật liệu phôi tấm: các thông số vật liệu, đường cong chảy, vật liệu có khuyết tật, không đồng nhất, tính dị hướng của vật liệu tấm, chiều dày vật liệu, biên dạng phôi, trạng thái bề mặt phôi

• Hình dạng, kết cấu, kích thước hình học của khuôn mẫu: kích thước chày, góc lượn mép cối, khe hở chày cối, hình dạng bề mặt chặn, kích thước vành chặn…

• Thông số công nghệ: mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, lực dập vuốt, lực chặn, ma sát giữa dụng cụ gia công và vật liệu, trạng thái bề mặt dụng cụ gia công…

Ngoài ra còn các nguyên nhân khác như thiết bị không chính xác, gá đặt không chính xác Tuy nhiên các yếu tố này có thể dễ dàng khắc phục

Cho đến nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu đã công bố các kết quả về

ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình dập vuốt mà đặc biệt là ảnh hưởng của lực chặn phôi Đa phần các chi tiết dập tấm đều có biên dạng rất phức tạp, lực chặn cần thiết trong quá trình dập không phải là một hằng số, chúng biến thiên theo hành trình dập và theo vị trí chặn Nếu chỉ sử dụng các hệ thống chặn cứng như hiện tại ở Việt Nam sẽ không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm dập đối với các chi tiết phức tạp như vỏ máy, vỏ két chứa hay vỏ ô tô Các vấn

đề về lực chặn phôi, ảnh hưởng của lực chặn phôi và điều khiển lực chặn phôi ở trong nước hoàn toàn chưa được nghiên cứu một cách cụ thể để có thể ứng dụng vào thực tiễn công nghiệp Nếu điều khiển được lực chặn, ta hoàn toàn có thể điều khiển

được sự chảy của kim loại vào cối, có nghĩa là việc vuốt kim loại vào cối được đồng

đều hơn Do đó, có thể khắc phục được ảnh hưởng của vật liệu như tính dự hướng hay kích thước của dụng cụ gia công như góc lượn mép cối Chính vì vậy, nội dung chính của luận văn sẽ tập chung vào các vấn đề sau:

• Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn trong quá trình dập tạo hình các chi tiết tấm (có hình dạng đơn giản và phức tạp)

• Khảo sát các phương pháp điều khiển lực chặn phù hợp với công nghệ dập

• Nghiên cứu phương pháp theo vị trí trên bề mặt tiếp xúc giữa phôi và tấm chặn nhờ hệ thống các xy lanh được lắp trực tiếp trên khuôn

• Nghiên cứu ứng dụng phần mềm DynaForm để mô phỏng quá trình biến dạng của vật liệu dưới các điều kiện chặn khác nhau

• Xác định lực chặn theo vị trí hợp lý nhờ mô phỏng số

Chương 2

Nghiên cứu ảnh hưởng của lực chặn

Tới quá trình dập vuốt 2.1 ảnh hưởng của lực chặn trong quá trình dập vuốt

Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thước cần thiết Khi nghiên cứu một quá trình dập vuốt chi tiết cốc như hình 2.1, ta thấy dập vuốt được tiến hành trên khuôn bao gồm các bộ phận làm việc như: cối có mép làm việc được lượn tròn, chày dập vuốt và tấm chặn vật liệu Khi dập các chi tiết có chiều dày tương đối s/D lớn thì khuôn dập vuốt thì có thể không cần dùng tấm chặn Giữa chày và cối dập vuốt có một khe hở z, trị số khe hở z tuỳ thuộc vào phương pháp dập Khi dập vuốt không có chặn, ngoại lực được truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy của chi tiết dập vuốt còn phần vành của phôi vẫn được tự do và không chịu tác dụng của ngoại lực Phôi phẳng nằm trên vành cối được vuốt qua góc lượn cối và tạo thành chi tiết dạng cốc Chiều sâu của chi tiết phụ thuộc vào hành trình chày đi xuống, tuy vậy, chiều sâu không thể quá lớn so với đường kính cốc để đảm bảo ứng suất trong vật liệu không vượt quá ứng suất phá huỷ gây rách vật liệu

Hình 2.1 Sơ đồ dập vuốt chi tiết cốc

Khi dập vuốt không có chặn, phần phôi trên bề mặt vành cối sẽ không bị liên tục ép vào vành cối mà có xu hướng bị uốn cong lên và bị mất ổn định Dập vuốt

phôi tấm lớn hay chiều sâu dập vuốt nhỏ Điều kiện để dập vuốt không có chặn phôi một cách gần đúng, có thể sử dụng công thức:

( 18 22 ) s d

trong đó:

- Do: đường kính của phôi;

- d: đường kính chi tiết dập vuốt;

- s: chiều dày vật liệu

Trong trường hợp dập vuốt tấm mỏng, hay chiều sâu dập vuốt lớn thì buộc phải sử dụng chặn

Theo định luật thể tích không đổi trong biến dạng dẻo, thể tích của chi tiết tấm ban đầu bằng thể tích của sản phẩm cốc Nhưng nếu xét sơ đồ cân bằng diện tích ta nhận thấy ngay, khi dập vuốt phần vành phôi được vuốt dần qua mép cối vào lòng cối thì vật liệu ở những phần hình chữ nhật sẽ chuyển thành phần thành cốc Vật liệu ở những phần tam giác bị thừa, có xu hướng chảy sang hai bên, chèn ép lên các phần vật liệu hình chữ nhật Do đó, xuất hiện ứng suất nén theo phương tiếp tuyến trên mặt vành phôi và gây ra hiện tượng nhăn phôi trên bề mặt vành Để hạn chế việc nhăn phôi trên mặt vành, ta sử dụng chặn phôi

Lực chặn phôi có tác dụng ngăn cản việc tạo ra nếp gấp, nhăn phôi trên mặt vành do ứng suất nén theo phương tiếp tuyến Phần kim loại trên vành phôi bao gồm phần chữ nhật và tam giác sẽ được vuốt qua góc lượn cối trở thành phần thành cốc

và làm cho phần thành cốc bị dày lên

Trong quá trình tính toán công nghệ còn phải lưu ý tới mức độ biến dạng của phôi không được phép quá lớn để tránh rách phôi Mức độ biến dạng được đánh giá thông qua hệ số dập vuốt β0 không được phép lớn hơn trị số β0max Hệ số dập vuốt

được xác định theo công thức dưới đây:

d

D0

0 =β

Hình 2.2 Tính toán cân bằng diện tích trong dập vuốt chi tiết cốc

Khi đã xác định đ−ợc hệ số dập vuốt phù hợp, đảm bảo không có hiện t−ợng rách phôi do mức độ biến dạng quá lớn thì ta cũng phải xác định lực chặn phù hợp

để tránh các hiện t−ợng gây nên chi tiết phế phẩm nh− hình 2.3

a) Rách ở đáy b) Nhăn trên vành phôi

Hình 2.3 Những hiện t−ợng phế phẩm do lực chặn không hợp lý

Lực chặn đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình dập vuốt bởi lực chặn phải làm sao vừa đủ để cho kim loại không bị nhăn trên mặt vành phôi nh−ng cũng không đ−ợc phép gây cản trở lớn cho quá trình kéo kim loại từ mặt vành vào lòng cối

Khi dập những chi tiết phức tạp hơn như hình hộp, ta cũng nhận thấy xuất hiện các dạng phế phẩm tương tự như khi dập vuốt chi tiết cốc đó là rách phôi và nhăn trên mặt vành như hình 2.4

a) Rách ở đáy b) Nhăn trên vành phôi

Hình 2.4 Những hiện tượng phế phẩm khi dập chi tiết hình hộp

Đối với các chi tiết hình hộp chữ nhật, ở phần góc hộp cũng có đặc điểm tương tự như dập vuốt chi tiết hình cốc trụ, có nghĩa là cũng xuất hiện hiện tượng thừa kim loại ở những phần tam giác, chúng sẽ chèn ép sang các phần vật liệu xung quanh và bị vuốt qua góc lượn mép cối vào lòng cối (hình 2.5) Nhưng nếu xét các phần thành thẳng ở thành hộp thì nhận thấy ngay không có sự thừa kim loại và vật liệu bị chèn ép như phần góc hộp Vật liệu phôi tấm trong trường hợp này chỉ thuần tuý bị uốn qua mép cối và kéo vào cối Như vậy, ở phần thành thẳng xét về nguyên tắc không xảy ra hiện tượng nhăn trên mặt vành, mà hiện tượng này chỉ xảy ra ở phần góc hộp Nhưng thực tế vành phôi vẫn bị nhăn cả phần thành thẳng do sự co kéo của vật liệu do có hiện tượng kim loại bị chèn ép ở phần góc, sự kéo kim loại vào lòng cối không đồng đều, ở phần thành thẳng dễ hơn do chi bị uốn, ở phần góc hộp khó khăn hơn nhiều do phôi bị dập vuốt Chính vì vậy, nếu lực chặn không phù hợp thì vẫn xảy ra hiện tượng nhăn và rách như hình 2.4 Trong trường hợp chi tiết hình hộp chữ nhật, việc xác định lực chặn hợp lý sẽ khó khăn hơn chi tiết dạng cốc trụ bởi ở chi tiết hình hộp cùng lúc xảy ra nhiều quá trình biến dạng khác nhau

Hình 2.5 Tính toán cân bằng diện tích trong dập vuốt chi tiết hình hộp

Các vùng biến dạng khác nhau ở phần thành thẳng và phần góc hộp dẫn đến

sự thay đổi chiều dày không đồng đều tại từng vị trí khác nhau trên vành phôi Ta có thể nhận thấy được ngay vật liệu bị dồn ép, tập chung mạnh mẽ ở phần góc hộp trước khi bị vuốt vào cối Tại vùng này sẽ xuất hiện hiện tượng nhăn phôi hoặc rách phôi Tại vùng thành thẳng, phôi có xu hướng bị dồn ép, đặc biệt tại vùng chuyển tiếp giữa thành thẳng và góc hộp và gây ra biến dạng không đồng đều (vùng bên góc hộp bị kéo vào cối chậm, vùng bên thành thẳng kéo vào cối nhanh hơn nhiều) và xuất hiện hiện tượng nhăn phôi

Hình 2.6 Sự thay đổi chiều dày phôi trên bề mặt vành trong quá trình dập vuốt chi tiết hình hộp

Nếu sử dụng lực chặn không thay đổi (lực chặn đặt lên tấm chặn là hằng số, không phụ thuộc vào vị trí chặn), ta sẽ thu được kết quả sản phẩm như trên hình 2.7 Nếu lực chặn quá lớn, phôi sẽ bị rách tại góc, còn khi lực chặn phôi nhỏ, phôi sẽ bị nhăn trên mặt vành Như vậy, phải tìm được một giá trị lực chặn sao cho không xuất hiện nhăn và rách trên sản phẩm Thực tế nếu xác định lực chặn phù hợp sẽ rất khó bởi lực chặn không những thay đổi theo vị trí chặn mà còn thay đổi theo hành trình của chày dập

Nhăn trên mặt vành

Rách góc Hình 2.7 ảnh hưởng của lực chặn tới chất lượng sản phẩm

Để khẳng định khi dập các chi tiết dạng hộp thì lực chặn phôi sẽ khác nhau tại từng vị trí trên mặt vành, bởi phần thành thẳng của hộp chỉ xảy ra quá trình uốn, còn tại góc hộp xảy ra quá trình dập vuốt, người ta đã làm thực nghiệm kết hợp với mô phỏng để đo, xác định áp lực chặn cần thiết tại các vị trí khác nhau trên vành chặn Kết quả được trình bày trên hình 2.8

Hình 2.8 Kết quả xác định áp lực chặn phôi cần thiết khi dập chi tiết hình hộp

Hình 2.8 thể hiện phân bố áp lực chặn cần thiết trong quá trình dập chi tiết hình hộp Qua phân bố áp lực cần thiết ta có thể biết đ−ợc tại những vị trí nào cần phải chặn với lực bằng bao nhiêu Trên biểu đồ phân bố áp lực cho thấy, tại vị trí góc hộp áp lực đặt vào tấm chặn sẽ lớn hơn phần thành thẳng (phần góc hộp áp lực

đè vào mặt vành cối từ 3,0 – 3,4 N/mm2, ở phần thành thẳng từ 1,8 – 2,5 N/mm2)

Khi dập vuốt chi tiết có biên dạng phức tạp (ví dụ chi tiết vỏ bình xăng xe ôtô nh− hình 2.9), tại các vị trí khác nhau, mức độ biến dạng trên phôi cũng hoàn toàn khác nhau do mức độ nông sâu khác nhau của đáy bình, có chỗ dập vuốt, có chỗ chỉ

bị uốn Chính vì vậy, để tạo hình đ−ợc chi tiết có chất l−ợng nh− vậy ta nhất thiết phải chặn những lực chặn phù hợp trên bề mặt vành phôi theo từng vị trí

Hình 2.9 Khuôn và sản phẩm dập chi tiết vỏ két chứa nhiên liệu xe ôtô

Hiện tượng nhăn phôi gặp phải khi dập vuốt chi tiết vỏ két chứa không chỉ ở trên mặt vành do lực chặn phôi không hợp lý, mà còn bị nhăn ở phần thành vỏ bởi chày chỉ tiếp xúc với một phần phôi mà không tiếp xúc trên toàn bộ mặt đáy, phôi không bị chày ép sát vào thành cối (hình 2.10) Trong những trường hợp này, lực chặn phôi không những đảm bảo phôi không bị nhăn trên phần vành mà còn đảm bảo phôi luôn trong trạng thái kéo căng làm cho phôi không bị nhăn Tuy nhiên, lực chặn không được phép quá lớn để đảm bảo phôi không bị rách ở đáy Như vậy, trong những trường hợp dập vuốt chi tiết phức tạp, việc xác định lực chặn phôi hợp lý tại từng vị trí sẽ khó khăn hơn nhiều

Hình 2.9 Nhăn trên sản phẩm khi dập chi tiết

có biên dạng cong ở đáy và thành

Trong nhiều tài liệu nghiên cứu về lực chặn khi dập vuốt cả về lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng khi dập vuốt trong khoảng hệ số dập vuốt cho phép (để

đảm bảo mức độ biến dạng trong vật liệu không vượt quá giá trị cho phép dẫn đến rách phôi) thì ta có thể xác định được 3 vùng lực chặn ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm dập vuốt phụ thuộc vào hệ số dập vuốt như trên hình 2.10

Vùng I: Lực chặn nhỏ, dẫn đến lực chặn không đủ để khắc phục ứng suất nén theo phương tiếp tuyến trên phần vành phôi và gây ra hiện tượng nhăn

Vùng III: Khi lực chặn lớn đè vào phôi dẫn đến việc phôi bị giữ chặt trên mặt vành không kéo được vào cối và gây nên hiện tượng rách phôi

Vùng II: Vùng lực chặn hợp lý để đảm bảo không có hiện tượng nhăn và rách

giá trị lực chặn hợp lý Đối với việc dập một chi tiết cốc có đường kính ngoài xác

định ta có thể xác định được lực chặn là hằng số tối ưu

Hình 2.10 ảnh hưởng của lực chặn tới chất lượng sản phẩm khi dập vuốt

Tóm lại, trong mục này đã khảo sát ảnh hưởng của lực chặn tới chất lượng sản phẩm dập trong nhiều trường hợp khác nhau từ đơn giản đến phức tạp Đối với một chi tiết phức tạp nếu chia chi tiết thành nhiều phần khác nhau và tính toán biến dạng cho từng phần, ta hoàn toàn có thể xác định được lực chặn tối ưu với từng phần

và đặt vào mặt vành những lực chặn hợp lý để có được chi tiết dập đạt chất lượng theo yêu cầu

PD

s.1

1611

β

ư

=

Trong đó lực dập vuốt cực đại Pmax = π.d.s.Rm

D0 : đường kính ban đầu của phôi

s : chiều dày của phôi

β0 : hệ số dập vuốt

Rm : ứng suất bền của vật liệu

Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, việc xác định lực chặn khó khăn hơn nhiều so với chi tiết hình hộp bởi biên dạng của chi tiết phức tạp và chiều sâu dập vuốt thay đổi theo vị trí Cho đến nay vẫn chưa có một phương pháp giải tích nào cho phép xác định chính xác lực chặn thay đổi theo vị trí trên bề mặt vành chặn,

mà người ta phải áp dụng phương pháp mô phỏng số để xác định và được kiểm nghiệm lại độ chính xác của kết quả mô phỏng khi dập thử Dưới đây ta sẽ đưa ra hai ví dụ về việc áp dụng mô phỏng số để xác định lực chặn đối với hai chi tiết khác nhau

Hình 2.11 Dập vuốt chi tiết vỏ hộp có chiều sâu dập vuốt 68 mm,

Đối với chi tiết vỏ hộp như hình vẽ 2.11 ta có thể xác định lực chặn tổng cộng thông qua lực dập vuốt Kết quả tính toán cho biết lực chặn tổng cộng cần thiết Q= 520-542 KN Tuy nhiên kết quả này chỉ là tham khảo cho mô phỏng số để xác định lực chặn thay đổi theo vị trí Với việc mô phỏng áp lực chặn thay đổi theo vị trí bằng phần mềm Ansys tại 10 ví trí chặn khác nhau như trên hình 2.12 cho thấy, để có

được sản phẩm chất lượng tốt, không xảy ra hiện tượng nhăn và rách thì áp lực chặn cần thiết phải phân bố như theo biểu đồ hình 2.12

Hình 2.12 Phân bố áp lực chặn cần thiết trên bề mặt tấm chặn

Với việc xác định được áp lực chặn tối ưu ta có thể phân chia lực chặn cho từng mảnh của tấm chặn phụ thuộc vào vị trí chặn Lực chặn tính toán được biểu diễn trên hình 2.21

Hình 2.13 Phân bố lực chặn trên từng vùng của tấm chặn

Ví dụ thứ hai là dập chi tiết vỏ có đáy là những mặt cong, biên dạng phức tạp

từ thép hợp kim, vật liệu có chiều dày 1 mm Trường hợp này ta không thể lấy lực chặn phân bố đều trên bề mặt vành chặn mà phải xác định lực chặn thay đổi theo vị

trí (dựa vào mô phỏng số) thì mới cho kết quả chi tiết dập đạt chất l−ợng theo yêu cầu

Hình 2.14 Mô hình khuôn dập chi tiết vỏ chạc ba

Kết quả mô phỏng với lực chặn phân bố đều trên bề mặt tấm chặn thể hiện trên hình 2.15 Bên trái là hình ảnh kết quả mô phỏng số Bên phải là hình ảnh sản phẩm dập thử

Khi lực chặn không đủ lớn, sản phẩm bị nhăn trên vành Nh−ng đồng thời do

sự co kéo vật liệu ở góc, giao tuyến giữa hai nửa cong xuất hiện sự biến mỏng kim loại là dẫn đến hiện t−ợng rách vật liệu ở góc

Khi tăng lực chặn lớn hơn để đảm bảo không bị nhăn trên bề mặt vành thì trên đáy sản phẩm lại xuất hiện nếp gấp do sự kéo vật liệu không đều từ bề mặt vành vào lòng cối Hình ảnh chi tiết dập thử nghiệm cho kết quả hoàn toàn phù hợp với mô phỏng

Hình 2.15Kết quả mô phỏng khi lực chặn phân bố đều

Hình 2.16 Lực chặn phân bố đều, hợp lý để tránh các hiện tượng nhăn

và nếp gấp trên sản phẩm

Ta có thể mô phỏng với các lực chặn khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của lực chặn tới chất lượng của sản phẩm dập Hình 2.16 biểu diễn kết quả mô phỏng

khi dập với lực chặn phân bố đều và không đổi hợp lý nhất Trên hình ta thấy sản phẩm không có hiện tượng nhăn và các kích thước hình học của sản phẩm đều đạt theo yêu cầu Tuy nhiên, tại góc giao giữa hai mặt cong xuất hiện vùng mầu xanh, vùng sản phẩm bị biến mỏng Trên biểu đồ đường cong biến dạng tới hạn thì các

điểm mầu xanh này nằm trên đường cong mức độ biến dạng nguy hiểm và mức độ biến dạng tới hạn Như vậy có nghĩa là tại vùng này hoàn toàn có thể xảy ra hiện tượng rách phôi Nguyên nhân cơ bản của việc không xác định được lực chặn là hằng số để có được chất lượng sản phẩm tốt là do biên dạng của chi tiết phức tạp, sự kéo kim loại vào lòng cối không đồng đều dẫn đến có vùng thừa kim loại gây nhăn

và có vùng thiếu kim loại gây rách Để vật liệu phôi tấm trên vành cối chảy vào lòng cối đều, không gây ra hiện tượng co kéo thì buộc ta phải chặn tại các vị trí khác nhau những lực chặn phù hợp Ví dụ như chỗ nào vuốt vào lòng cối khó thì ta giảm lực chặn, còn chỗ nào vuốt vào cối dễ dàng thì ta phải chặn với lực chặn lớn hơn để cản trở sự kéo quá nhanh của vật liệu vào cối gây mất ổn định kim loại

Hình 2.17 Biểu đồ phân bố áp lực chặn cần thiết trên bề mặt tấm chặn

Dựa vào mô phỏng số để tính toán quá trình dập vuốt với lực chặn thay đổi theo vị trí, ta có thể xác định được lực chặn tối ưu như trên hình 2.17 Như vậy, với kết quả chỉ ra trên hình 2.17 ta sẽ phải đặt lực chặn vào các mảnh của tấm chặn

những giá trị khác nhau thích hợp phụ thuộc vào vị trí chặn nh− trên hình 2.17 Các giá trị lực chặn thay đổi theo vị trí đ−ợc thể hiện trên hình 2.31

Hình 2.17 Phân bố lực chặn thay đổi trên trấm chặn

Hình 2.18 Giá trị lực chặn thay đổi theo vị trí chặn

Kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với nhận định lý thuyết, tại vị trí số 6 kim loại kéo vào lòng cối khó khăn nên ta phải chặn với lực chặn nhỏ, còn tại các vị trí số 3,5 và 8 là các phần kim loại dễ dàng bị kéo vào cối ta phải chặn với lực lớn