Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TRẦN THANH THỦY NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ
CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP CHI TIẾT NẮP CAPO
XE Ô TÔ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Thái Nguyên 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TRẦN THANH THỦY NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ
Ngày giao đề tài:
Ngày hoàn thành:
KHOA SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI NÓI ĐẦU
Trên tiến trình hội nhập và phát triển của nền kinh tế, 5 năm gần đây,
Việt Nam đã đạt được những thành công đáng kể trong sản xuất công nghiệp.
Để tiếp tục tăng trưởng và tăng trưởng bền vững, một thách thức đặt ra cho
chúng ta là phải xây dựng và phát triển nền sản xuất chuyên môn hóa cao, sản
phẩm hàng hoá đa dạng, mềm dẻo, thoả mãn mục tiêu cạnh tranh trên thị
trường nội địa và từng bước chiếm lĩnh thị trường thế giới.
Đứng trước thách thức và vận hội, Việt nam đã và đang đầu tư không
ngừng vào các lĩnh vực sản xuất công nghiệp và lấy cơ khí làm trọng tâm đầu
tư. Đây cũng là kinh nghiệm thành công của nhiều nước trên thế giới. Hiện
tại, nền cơ khí Việt Nam đang lạc hậu với hầu hết máy móc và công nghệ của
những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Do vậy, mục tiêu trước mắt và lâu dài đặt
ra cho chúng ta là phải cải tiến nâng cấp thiết bị và không ngừng phát triển,
cập nhật các công nghệ sản xuất tiên tiến.
Trong sản xuất Cơ khí, gia công áp lực (GCAL) luôn thể hiện được tính ưu
việt là năng suất cao, chất lượng tốt, sản phẩm đa dạng phong phú và khả năng
thay đổi kiểu loại dễ dàng, phù hợp với sản xuất loạt lớn, nên đang được đầu tư
phát triển rất nhanh cả về thiết bị và công nghệ. Lĩnh vực GCAL đang được coi là
một trong những trọng tâm của chiến lược phát triển cơ khí Việt Nam trong vòng
10 năm tới. Trong vài năm gần đây, nhiều đề tài cấp bộ, cấp quốc gia, cấp thành
phố và cả đề tài hợp tác quốc tế được thực hiện ở nhiều trường Đại học, viện
nghiên cứu và doanh nghiệp tập trung nghiên cứu thiết kế các quy trình công nghệ
sản xuất các chi tiết xe ô tô, xe máy, thiết bị chịu áp lực, tàu thủy, y sinh… và đồng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
xem xét và lựa chọn chi tiết nắp CAPO của xe ô tô để nghiên cứu. Đây là chi tiết
điển hình và khó chế tạo trong vỏ xe ô tô. Các kết quả nghiên cứu về phương pháp
thiết kế, mô phỏng số quá trình tạo hình để phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm
cũng như giải pháp về sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt sẽ được triển khai tại các
nhà máy sản xuất xe ô tô như Vinaxuki, Ô tô cửu long, Z551… để minh chứng
hiệu quả kinh tế.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sự tận tình giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn
Đắc Trung, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp tôi trong quá trình hoàn
thành luận văn. Lời cảm ơn đến Khoa Cơ khí – Trường Đại học Công nghiệp Việt
hung đã tạo điều kiện công tác cho tôi trong quá trình học tập . Lời cảm ơn đến các
thầy cô giáo trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tạo môi trường
thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu . Lời cảm ơn sự động viên , đóng góp qúy
báu của bạn bè, đồng nghiệp để tôi hoàn thiện luận văn của mình.
Tác giả Trần Thanh Thủy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
1
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT
NẮP CAPO
65
2.1 Xây dựng qui trình công nghệ
65
2.1.1 Phân tích hình dáng hình học của chi tiết
65
2.1.2 Xác định phương dập
67
2.1.3 Phần bù công nghệ
68
2.1.4 Tính toán phôi
68
2.2 Chọn phương án công nghệ
70
2.3 Tính toán công nghệ và lựa chọn thiết bị cho các nguyên công
74
2.3.1 Nguyên công dập tạo hình
74
2.3.2 Nguyên công cắt mép
75
2.3.3 Nguyên công đột lỗ
76
2.3.4 Nguyên công gấp mép sơ bộ
77
2.3.5 Nguyên công gấp mép hoàn thiện
82 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT
5.3 Khuôn gấp mép sơ bộ
118
5.4 Khuôn gấp mép hoàn thiện
120 KẾT LUẬN
124 TÀI LIỆU THAM KHẢO
126 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƯƠNG I:
VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ
CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CÁC CHI TIẾT VỎ XE Ô TÔ
1.1 Vài nét về thiết kế công nghệ dập tấm
1.1.1 Khái niệm chung
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 chúng hết sức phong phú và đa dạng và được
ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội
như xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện và 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 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.
H×nh 1.1 H×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm dËp tÊm
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Dập tấm th-ờng đ-ợc thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn
đ-ợc gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (th-ờng 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 nh-: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên
vành, tóp miệng, cắt trích v.v Một trong những nguyên công quan trọng
nhất để tạo hình sản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là dập vuốt.
Dp vut l mt nguyờn cụng bin i phụi phng hoc phụi rng to ra
cỏc chi tit rng cú hỡnh dng v kớch thc cn thit khi nghiờn cn mt quỏ trỡnh
dõy vut chi tit cc nh hỡnh 1.2, ta thy quỏ trỡnh to hỡnh c tin hnh trờn
khuụn bao gm cỏc b phn lm vic nh: ci, chy dp vut v tm chn vt liu.
Khi dp cỏc chi tit cú chiu dy tng i s/D ln thỡ khuụn dp vut cú th
khụng cn dựng tm chn. Gia chy v ci dp vut cú mt khe h z, tr s khe
h z tựy thuc vo phng phỏp dp. Khi dp vut khụng cú chn, ngoi lc c
truyn qua chy, tỏc dng vo phn ỏy ca chi tit dp vut cũn phn vnh ca
phụi vn c t do v khụng chu tỏc dng ca ngoi lc. Phụi phng nm trờn
vnh ci c vut qua gúc ln ci v to thnh chi tit dng cc. Chiu sõu ca
chi tit ph thuc vo hnh trỡnh chy i xung, tuy vy, chiu sõu khụng th quỏ
ln so vi ng kớnh cc m bo ng xut trong vt liu khụng vt quỏ ng
sut phỏ hy gõy rỏch vt liu.
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
cụn) thỡ i theo con ng tớnh toỏn cụng ngh, ch to khuụn ri dp th, hiu
chnh khuụn cho n khi t c cht lng sn phm theo yờu cu thỡ a ra sn
xut lot ln. Nhng khi gp phi cỏc chi tit cú hỡnh dng khụng i xng trc,
phc tp nh cỏc chi tit v ụ tụ thỡ quỏ trỡnh thit k theo trỡnh t nh hỡnh 1.4
khụng thc hin c bi tn rt nhiu thi gian v tin bc vo vic sn xut
khuụn mu, dp th v chnh sa. Mc dự vy, ụi khi khụng cho ra sn phm cú
cht lng theo yờu cu.
Vi chớnh sỏch ni a hoỏ cỏc sn phm c khớ, nhiu c s, nh mỏy ó
u t thit k v ch to cỏc chi tit phc tp, vớ d nh cỏc liờn doanh sn xut
ụ tụ, cỏc thit b in, chc chn trong khong thi gian khụng xa, nn sn xut cỏc
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
chi tit dng tm s c thỳc y v tip cn vi cỏc nn sn xut ca cỏc nc
cụng nghip hin i. Hình 1.4 Quá trình thiết kế, chế tạo sản xuất các chi tiết dạng tấm trong
n-ớc
những n-ớc có ngành công nghiệp ô tô phát triển nh- Mỹ, Nhật,
Đức, Anh thì việc thiết kế qui trình công nghệ sản xuất các chi tiết tấm có
hình dạng phức tạp (ví dụ vỏ ô tô) đ-ợc thực hiện rất bài bản với tính khoa
học và độ chuyên môn hoá rất cao. Sơ đồ thiết kế chế tạo đ-ợc tiến hành
nh- sơ đồ hình 1.5.
Theo ph-ơng pháp thiết kế công nghệ và chế tạo nh- vậy cho phép
tiết kiệm thời gian, nguyên vật liệu cho sản xuất thử nghiệm, nâng cao chất
l-ợng 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 phơng 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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Thiết lập mô hình tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công.
- Xây dựng mô hình điều kiện biên của bài toán nh- ràng buộc chuyển
vị, lực, nhiệt độ
- Giải bài toán nhờ tính toán phần tử hữu hạn.
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hỡnh 1.7 Mụ hỡnh bi toỏn dp to hỡnh bao gm mụ hỡnh khuụn v phụi
Ti u hoỏ cụng ngh bng mụ phng s c thc hin vi s tr giỳp ca cỏc
phn mm nh ANSYS, MARC, ABAQUS, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS,
PAM-STAMP. Kt qu mụ phng l cỏc hỡnh nh trc quan v trng phõn b ng
sut, bin dng, tc bin dng, chuyn v
Qua quá trình mô phỏng, ta không chỉ có đ-ợc các kết quả để đánh
giá một quá trình tạo hình vật liệu mà một -u điểm khác nữa của quá trình
mô phỏng số là ta có thể thay đổi đ-ợc điều kiện biên ảnh h-ởng trực tiếp
đến quá trình biến dạng của phôi nh- vật liệu, lực ép, lực chặn, điều kiện
bôi trơn hay hình dạng hình học của khuôn, kết cấu khuôn. Các yếu tố ảnh
h-ởng 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. Nh-ng với việc mô
phỏng số hoàn toàn có thể giải quyết đ-ợc 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 nh- trong môi tr-ờng thực tế.
Sau khi chọn đ-ợc phng ỏn cụng ngh phự hp thỡ bc tip theo l ch
to sn phm mu v kim chng chớnh xỏc ca sn phm mu so vi thit k.
Nu cht lng t yờu cu thỡ cú th cho sn xut lot ln, nu cũn cú nhng sai
sút ta cú th thay i iu kin biờn nh lc chn, tc bin dng hay ma sỏt
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
t c kt qu tt hn. Nhng chc chn s thay i ny khụng ln, bi kt qu
mụ phng ó ỏnh giỏ mt cỏch k lng. Trong sut thi gian sn xut lot, ta
hồi lại
- Cỏc dng hng húc ca sn phm ny cú liờn quan trc tip ti vic thit k qui
trỡnh cụng ngh, khuụn, ch to khuụn, vt liu phụi v c bit nht l cỏc
thụng s cụng ngh.
- Hin tng rỏch phụi xy ra cú th do nhiu nguyờn nhõn m trong ú ch yu
l do: mc bin dng vt quỏ mc bin dng ti hn, lc chn phụi quỏ
ln, gúc ln ci nh hn ch mc bin dng quỏ ln, cú th chn h
s dp vut phự hp hay chia thnh cỏc nhiu nguyờn cụng trung gian. Gúc
ln ca ci cng hon ton cú th iu chnh c, thay i gúc ln phự hp
hn. Nhng lc chn phụi l mt thụng s cụng ngh rt quan trng bi nu
iu chnh lc chn phụi khụng thỡ phụi li cú hin tng nhn trờn phn
vnh nh hỡnh 1.8b. i vi vic dp vut cỏc chi tit cú hỡnh dng phc tp,
nu khụng iu khin lc chn hp lý thỡ s khụng th tỡm ra mt giỏ tr lc
chn no thớch hp vỡ trờn sn phm ng thi xut hin c nhn ln rỏch.
Trong nhng trng hp nh vy buc phi cú nhng phng phỏp c bit
nh chn theo v trớ v lc chn thay i.
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn a) Chi tiết bị rách ở đáy
b) Chi tiết bị nhăn trên bề mặt vành
Hỡnh 1.8 Chi tit b t rỏch v nhn khi dp vut
Hin tng chiu cao ca sn phm dp vut khụng ng u rt hay xy ra
do vt liu tm khụng ng nht v ng hng. Tớnh d hng ban u ca cỏc
tm cỏn ngui (t ú ct thnh cỏc tm phụi) s to thnh cỏc th. Trong quỏ trỡnh
bin dng, cỏc ht kim loi v tp cht phi kim loi cú dng b kộo di, do ú to
thnh cu trỳc dng chui c xỏc nh trc bi tớnh d hng ca kim loi. Tớnh
d hng ca tm cỏn s lm cho bin dng theo cỏc hng khỏc nhau l khụng
ging nhau, cú th lm cho phụi theo hng ny d dng b kộo di ra, cũn theo
làm cho vật liệu phôi vừa bị biến dạng theo ph-ơng này là kéo thì lại biến
dạng nén ngay theo ph-ơng đó hoặc ng-ợc lại. Trong nhiều tr-ờng hợp
ng-ời ta có thể dử dụng công nghệ chặn có gân vuốt.
1.2 Cơ sở kiến thức về công nghệ dập vỏ ô tô
1.2.1 Định nghĩa, phân loại chi tiết vỏ ô tô
Chi tit v ụ tụ (gi tt l v ụ tụ) l nhng chi tit d hỡnh v mng to nờn b
mt v bờn trong ca ụ tụ nh np y ng c, gm, cabin v thõn xe. Mt trc
v cabin ca xe ti, mt truc v v ca xe du lch u l nhng chi tit dp tm to
nờn
Hình 1.11: Các chi tiết vỏ ô tô S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.11 là các chi tiết vỏ cabin ô tô. Các chi tiết 1, capô 2, tai phải
trái 3- 4 ,nóc 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 tạo nên vỏ
ngoài của xe. Vỏ trong đ-ợc tạo bởi các chi tiết 20, 21 đến 32. Các bề mặt
có thể nhìn thấy đ-ợc của vỏ xe nói chung đều có tính trang trí, ngoài
những yêu cầu về sử dụng tốt dễ sửa chữa, dễ chế tạo thì còn phải mang
tính thẩm mỹ. So với những chi tiết dập tấm thông th-ờng thì các chi tiết vỏ
xe có đặc điểm là vật liệu mỏng, hình dạng phức tạp đa phần là các chi tiết
có hình dạng không gian phức tạp, yêu cầu bề mặt có chất l-ợng cao. Bởi
vậy khi thiết kế công nghệ dập các chi tiết vỏ, thiết kế khuôn và công nghệ
chế tạo khuôn đều có những đặc điểm riêng vì thế các khuôn dập vỏ ô tô
phải đ-ợc xem xét nh- một vấn đề mang tính đặc thù.Căn cứ vào tác dụng
và yêu cầu của chúng vỏ có thể chia ra làm 3 loại là vỏ ngoài, vỏ trong, và
các chi tiết gia cố. Vỏ ngoài, vỏ trong đ-ợc dập từ các loại thép tấm có
chiều dày 0.7, 0.8, 0.9, 1 mm, còn các chi tiết gia cố thì dập bằng thép tấm
có chiều dày 1, 1.2, 1.5, 2mm.
*Các yêu cầu đối với các chi tiết vỏ:
cụng ngh yờu cu. Phn b xung cụng ngh nhiu hay ớt trc ht c quyt
nh bi mc phc tp ca chi tit v. Mc phc tp ca v cũn t ra nhng
yờu cu nht nh i vi tớnh nng ca vt liu vớ d nhng chi tit v cú sõu
Copyright: Tài liệu đại học ©