›
›

Luận văn Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực

Download
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG  
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT  
---------------o0o---------------  
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  
MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH  
GIA CÔNG ÁP LỰC  
GVHD: PGS.TS. TRƯƠNG TÍCH THIỆN  
SVTH: TRẦN KHOA LUẬT  
MSSV: K0801199  
Tp Hồ Chí Minh, 01/2013  
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  
*****  
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam  
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc  
*****  
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  
Khoa: KHOA HỌC ỨNG DỤNG  
Bộ môn: CƠ KỸ THUẬT  
Họ và tên: TRẦN KHOA LUẬT  
Ngành : CƠ KỸ THUẬT  
MSSV: K0801199  
Lớp: KU08CKT1  
1. Đầu đề luận văn  
MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC  
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung ban đầu):  
- Tìm hiểu quá trình dập sâu và gia công bằng thủy lực.  
- Nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết dẻo.  
- Thực hiện tính toán mô phỏng hai quá trình dập sâu và gia công thủy lực co T  
bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng chương trình ANSYS/LS-DYNA  
và chương trình HYPERVIEW để phân tích kết quả.  
- Khảo sát các sự thay đổi tham số hình học và chế độ tải lên kết quả bài toán.  
- Kiểm nghiệm các công thức thiết kế và so sánh với kết quả thực tế, từ đó đưa ra  
kết luận và kiến nghị.  
3. Ngày giao nhiệm vụ:  
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:  
05.09.2012.  
27.12.2012.  
5. Họ và tên người hướng dẫn: PGS.TS. Trương Tích Thiện.  
Hướng dẫn 100%.  
Nội dung yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn.  
Ngày 05 tháng 09 năm 2012  
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN  
(Kí và ghi rõ họ tển)  
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH  
(Kí và ghi rõ họ tên)  
TS. VŨ CÔNG HÒA  
PGS.TS. TRƯƠNG TÍCH THIỆN  
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN  
Người duyệt (chấm sơ bộ):  
Đơn vị:  
Ngày bảo vệ:  
Điểm tổng kết:  
Nơi lưu trữ luận án:  
LỜI CẢM ƠN  
Luận văn được hoàn thành là kết quả quá trình học tập và nghiên cứu trong những năm  
học đại học của các sinh viên thực hiện. Bên cạnh những nỗ lực của sinh viên, thành  
công của luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ của tập thể các  
thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh trong quá trình học  
tập cũng như lúc thực hiện luận văn tốt nghiệp này.  
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn – Ts. Trương Tích Thiện cùng  
tập thể các thầy cô trong bộ môn cơ kỹ thuật, phòng thí nghiệm cơ học đã tận tình  
quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi  
giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.  
Cũng trong dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, tập thể lớp cơ kỹ  
thuật đã hỗ trợ chúng tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.  
TP.HCM, tháng 12 năm 2012  
Sinh viên thực hiện  
Trần Khoa Luật  
i
TÓM TẮT NỘI DUNG  
Luận văn tập trung nghiên cứu quá trình gia công áp lực với hai bài toán dập sâu  
và chế tạo co T. Để hiểu rõ hơn quá trình này, ban đầu luận văn tiến hành nghiên cứu  
các phương pháp khác nhau để giải bài toán biến dạng dẻo, bao gồm: các công thức  
giải tích, công thức thực nghiệm và phương pháp phần tử hữu hạn. Vì những đặc điểm  
riêng của từng phương pháp nên phương pháp giải tích và phương pháp thực nghiệm  
được dùng để tính toán các kích thước cơ bản của khuôn và phôi dựa vào yêu cầu của  
bài toán, trong khi đó, phương pháp phần tử hữu hạn được dùng để tiến hành mô  
phỏng tính toán nhằm kiểm tra và đưa ra các kích thước và qui trình hợp lý hơn. Mô  
hình sẽ được tạo ra và mô phỏng bằng chương trình ANSYS/LSDYNA sau đó được  
kiểm tra kích thước và hư hỏng với giản đồ giới hạn gia công bằng chương trình  
HyperView và so sánh với kết quả thực nghiệm. Ngoài ra, luận văn còn xem xét các  
tình huống thay đổi kích thước hình học, tải tác dụng, hiện tượng springback.  
Từ khóa: Lý thuyết dẻo, Sheet metal, Deepdrawing, HydroForming, Residual  
stress, Tee brand, FEA, LS-DYNA, HyperView, FLDs  
ii  
MỤC LỤC  
KÝ HIỆU..............................................................................................................................XIII  
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC ........................................................1  
1.1 Giới thiệu ........................................................................................................................1  
1.2 Các quá trình gia công áp lực phổ biến cho kim loại tấm...............................................2  
1.2.1 Quá trình tạo phôi (blanking and piercing).........................................................2  
1.2.2 Quá trình uốn (bending)......................................................................................2  
1.2.3 Quá trình ép dãn đều (stretching)........................................................................3  
1.2.4 Quá trình tạo lỗ (hole extrution) .........................................................................3  
1.2.5 Quá trình dập (stamping, draw die forming).......................................................4  
1.2.6 Quá trình gia công thủy lực (fluid forming, hydroforming) ...............................5  
1.3 Tổng quan về khuôn dập.................................................................................................6  
1.3.1 Phân loại khuôn dập............................................................................................6  
1.3.2 Các bộ phận chính của khuôn dập ......................................................................8  
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................11  
2.1 Mô hình ứng xử đơn trục trong chảy dẻo......................................................................11  
2.1.1 Mô hình đàn dẻo lí tưởng..................................................................................11  
2.1.2 Mô hình đàn hồi-biến cứng tuyến tính..............................................................11  
2.1.3 Mô hình đàn hồi-biến cứng hàm số mũ ............................................................12  
2.2 Quan điểm Lagrange và quan điểm Euler về mô tả chuyển động ................................13  
2.2.1 Quan điểm Lagrange.........................................................................................13  
2.2.2 Quan điểm Euler ...............................................................................................13  
2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................................................14  
2.3.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn .........................................................14  
iii  
2.3.2 Trình tự giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn................................15  
2.3.3 Thuật toán Explicit Finite Element ...................................................................17  
2.3.4 Giới hạn thời gian cho mỗi bước tính trong phương pháp Explicit..................23  
2.4 Lý thuyết tiếp xúc va chạm...........................................................................................24  
2.4.1 Giới thiệu ..........................................................................................................24  
2.4.2 Các phương pháp xử lý bài toán tiếp xúc-va chạm...........................................25  
2.4.2.1  
2.4.2.2  
2.4.2.3  
2.4.2.4  
2.4.2.5  
2.4.2.6  
2.4.2.7  
Phương pháp ràng buộc động học.........................................................25  
Phương pháp phân phối tham số...........................................................25  
Phương pháp hàm phạt..........................................................................26  
Phương pháp hàm phạt chuẩn...............................................................26  
Phương pháp hàm phạt với ràng buộc mềm..........................................27  
Phương pháp hàm phạt dựa trên các đoạn ............................................28  
Tính toán năng lượng tiếp xúc ..............................................................29  
2.4.3 Ma sát trong bài toán tiếp xúc-va chạm ............................................................29  
2.4.3.1  
2.4.3.2  
2.4.3.3  
2.4.3.4  
2.4.3.5  
2.4.3.6  
Mô hình Coulomb .................................................................................30  
Mô hình arctangent ...............................................................................31  
Mô hình Stick-Slip................................................................................32  
Mô hình Bilinear (dạng song tuyến tính)..............................................33  
Mô hình ma sát trượt.............................................................................35  
Hệ số ma sát ..........................................................................................36  
2.5 Chia lưới thích ứng (Adaptive meshing).......................................................................37  
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ  
HỮU HẠN..........................................................................................................................40  
3.1 Tính toán và mô phỏng bài toán dập sâu ......................................................................40  
3.1.1 Định nghĩa đơn vị và tham số trong quá trình mô phỏng .................................40  
3.1.2 Các bước tính toán ban đầu...............................................................................42  
3.1.3 Mô hình các chi tiết trong quá trình dập ...........................................................49  
3.1.4 Một số loại tiếp xúc được dùng trong mô phỏng..............................................57  
iv  
3.1.4.1  
3.1.4.2  
Kiểu tiếp xúc một chiều Forming one way surface-to-surface contact.58  
Kiểu tự tiếp xúc Automatic single surface contact ...............................58  
3.1.5 Quá trình mô phỏng ..........................................................................................59  
3.1.5.1  
3.1.5.2  
3.1.5.3  
3.1.5.4  
Giới thiệu ..............................................................................................59  
Các điều kiện biên và điều kiện đầu .....................................................61  
Các đường cong tải ...............................................................................62  
FLDs (forming limit diagrams) biểu đồ giới hạn gia công ...................64  
3.1.6 Kết quả mô phỏng trong từng giai đoạn............................................................67  
3.1.6.1  
3.1.6.2  
3.1.6.3  
3.1.6.4  
Kết quả ứng suất....................................................................................67  
Kết quả biến dạng .................................................................................72  
Phân bố độ dày......................................................................................74  
Kiểm tra kích thước và hư hỏng khi gia công.......................................74  
3.2 Phân tích ảnh hưởng của một số điều kiện khác trong quá trình dập ...........................78  
3.2.1 Ảnh hưởng của blankholder..............................................................................78  
3.2.2 Ảnh hưởng của support plate ............................................................................79  
3.2.3 Ảnh hưởng của góc lượn trên khuôn.................................................................80  
3.2.4 Ảnh hưởng của ma sát.......................................................................................80  
3.3 Mô phỏng bài toán tạo co T bằng thủy lực ...................................................................82  
3.3.1 Định nghĩa đơn vị và tham số trong quá trình mô phỏng ................................83  
3.3.2 Mô hình các chi tiết trong quá trình gia công ...................................................84  
3.3.2.1  
3.3.2.2  
3.3.2.3  
Mô hình khuôn......................................................................................84  
Mô hình pít tông....................................................................................85  
Mô hình phôi.........................................................................................86  
3.3.3 Các loại tiếp xúc được dùng trong mô phỏng...................................................87  
3.3.4 Quá trình mô phỏng ..........................................................................................88  
3.3.5 Các điều kiện biên và điều kiện đầu .................................................................89  
3.3.6 Các đường cong tải ...........................................................................................89  
3.3.7 Kết quả mô phỏng.............................................................................................92  
v
3.3.7.1  
3.3.7.2  
3.3.7.3  
3.3.7.4  
Kết quả ứng suất....................................................................................92  
Kết quả biến dạng .................................................................................93  
Kết quả chuyển vị và phân bố độ dày ...................................................94  
Ứng xử của các vùng vật liệu................................................................95  
3.3.8 So sánh kết quả với thực nghiệm ......................................................................98  
3.3.9 Phân tích ảnh hưởng của một số tham số lên sản phẩm..................................101  
3.3.9.1  
3.3.9.2  
3.3.9.3  
Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến chiều cao sản phẩm...............101  
Ảnh hưởng của hành trình pit tông đến độ biến dạng của phôi ..........102  
Ảnh hưởng của punch counter ............................................................104  
Các cách mô hình hóa bài toán và hướng giải khác..................................105  
3.3.10  
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................107  
4.1 Kết luận.......................................................................................................................107  
4.2 Kiến nghị.....................................................................................................................107  
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................109  
PHỤ LỤC...............................................................................................................................110  
A. Bài toán dập sâu ...........................................................................................................110  
B. Bài toán gia công co T bằng thủy lực...........................................................................120  
C. Chương trình LS-DYNA..............................................................................................129  
D. Chương trình HyperView.............................................................................................132  
vi  
DANH MỤC HÌNH  
Hình 1.1: Sản phẩm sau khi dập cắt....................................................................2  
Hình 1.2: Quá trình tạo góc lượn bằng phương pháp uốn ..................................3  
Hình 1.3: Quá trình ép dãn đều...........................................................................3  
Hình 1.4: Kết quả quá trình tạo lỗ.......................................................................4  
Hình 1.5: Sản phẩm của quá trình dập sâu..........................................................5  
Hình 1.6: Co T được sản xuất bằng phương pháp thủy lực ................................6  
Hình 1.7: Khuôn phức hợp..................................................................................7  
Hình 1.8: Khuôn tandem.....................................................................................7  
Hình 1.9: Khuôn quá trình ..................................................................................8  
Hình 1.10: Khuôn đế mở.....................................................................................9  
Hình 1.11: Khuôn có thanh dẫn ..........................................................................9  
Hình 1.12: Cấu tạo khuôn dập hoàn chỉnh........................................................10  
Hình 2.1: Mô hình đàn dẻo lí tưởng..................................................................11  
Hình 2.2: Mô hình biến cứng tuyến tính...........................................................12  
Hình 2.3: Mô hình đàn hồi biến cứng hàm số mũ.............................................12  
Hình 2.4: Phạm vi áp dụng thuật toán Implicit và Explicit...............................21  
Hình 2.5: So sánh hai thuật toán trong một mô phỏng kéo đơn trục ................21  
Hình 2.6: Mô hình lan truyền ứng suất qua ba phần tử.....................................23  
Hình 2.7: Mô hình ma sát Coulumb..................................................................31  
Hình 2.8: Các dạng xấp xỉ của mô hình ma sát Coulumb.................................31  
Hình 2.9: Sự xấp xỉ hàm bậc với các giá trị của RVCNST...............................32  
Hình 2.10: Các thông số trong mô hình Stick-slip............................................33  
Hình 2.11: Lược đồ giải của dạng Stick-slip ....................................................33  
Hình 2.12: Mô hình song tuyến tính .................................................................34  
Hình 2.13: Ứng xử của mô hình Coulomb tuyến tính.......................................35  
Hình 2.14: Giới hạn ứng suất ma sát trong mô hình song tuyến tính ..............35  
Hình 2.15: Quá trình phân chia bậc một của phần tử tam giác.........................39  
Hình 2.16: Quá trình chia bậc bốn của phần tử tứ giác....................................39  
Hình 3.1: Các kích thước cơ bản cho lần dập đầu tiên .....................................43  
Hình 3.2: Biểu đồ tỷ lệ giới hạn gia công của một số vật liệu..........................45  
vii  
Hình 3.3: Các kích thước cơ bản cho lần dập thứ hai.......................................47  
Hình 3.4: Quá trình dập vuốt ............................................................................48  
Hình 3.5: Các thông số tại khu vực biến dạng ..................................................48  
Hình 3.6: Mô hình tổng quan ¼ khuôn và từng thành phần ............................50  
Hình 3.7: Mô hình khuôn sau khi chia lưới ......................................................51  
Hình 3.8: Mô hình tổng quan ¼ chày và các thành phần.................................52  
Hình 3.9: Mô hình chày và các thành phần sau khi chia lưới...........................53  
Hình 3.10: Mô hình phần tử hữu hạn của blankholder .....................................54  
Hình 3.11: Mô hình phần tử hữu hạn của support plate....................................54  
Hình 3.12: Mô hình phôi...................................................................................55  
Hình 3.13: Đường cong ứng suất biến dạng của nhôm 3003-O .......................56  
Hình 3.14: Mô hình ¼ bài toán .........................................................................59  
Hình 3.15: Đường cong tải cho blankholder.....................................................62  
Hình 3.16: Đường cong tải cho chày ngoài ......................................................63  
Hình 3.17: Đường cong tải cho chày trong và support plate ............................63  
Hình 3.18: Các trạng thái biến dạng khác nhau của một mẫu thử ....................64  
Hình 3.19: Các vùng biến dạng khác nhau của một sản phẩm .........................65  
Hình 3.20: Biểu đồ giới hạn biến dạng và các vùng đặc trưng khác nhau........66  
Hình 3.21: Phân bố ứng suất theo phương bán kính sau giai đoạn dập sâu......67  
Hình 3.22: Phân bố ứng suất theo phương bán kính sau giai đoạn dập lại.......68  
Hình 3.23: Phân bố ứng suất theo phương bán kính sau khi tháo khuôn..........68  
Hình 3.24: Phân bố ứng suất theo phương chu vi sau giai đoạn dập sâu..........69  
Hình 3.25: Phân bố ứng suất theo phương chu vi sau giai đoạn dập lại...........70  
Hình 3.26: Phân bố ứng suất theo phương chu vi sau tháo khuôn....................70  
Hình 3.27: Phân bố ứng suất vonMises ở lần dập sâu ......................................71  
Hình 3.28: Phân bố ứng suất vonMises sau khi dập lại ....................................71  
Hình 3.29: Phân bố ứng suất vonMises sau khi dập vuốt.................................72  
Hình 3.30: Biến dạng vonMises sau quá trình dập sâu.....................................72  
Hình 3.31: Biến dạng vonMise sau quá trình dập lại........................................73  
Hình 3.32: Biến dạng vonMises sau lần dập vuốt.............................................73  
Hình 3.33: Kêt quả phân bố độ dày sau khi tháo khuôn ...................................74  
Hình 3.34: Đồ thị bán kính lớp giữa của thành sản phẩm theo chiều cao.........75  
viii  
Hình 3.35: Bề dày thành sản phẩm theo chiều cao ...........................................75  
Hình 3.36: Phân bố ứng xử của vật liệu sau giai đoạn dập sâu.........................76  
Hình 3.37 Phân bố ứng xử của vật liệu sau giai đoạn dập lại...........................76  
Hình 3.38: Phân bố ứng xử của vật liệu sau khi tháo khuôn ............................77  
Hình 3.39: Từ trái sang: quá trình dập có blankholder và không có  
blankholder......................................................................................78  
Hình 3.40: Từ trái sang: quá trình dập có support plate và không có support  
plate.................................................................................................79  
Hình 3.41: Từ trái sang: ứng suất vonMises tại mặt ngoài của phôi tăng khi  
bán kính góc lượn tại khuôn giảm...................................................80  
Hình 3.42: Ảnh hưởng của lực ma sát ..............................................................81  
Hình 3.43: Giản đồ giới hạn gia công trong điều kiện hệ số ma sát tăng .........81  
Hình 3.44: Mô hình CAD của hệ thông............................................................82  
Hình 3.45: Mô hình CAD của một nữa khuôn, (các đơn vị theo mm) .............82  
Hình 3.46: Mô hình khuôn................................................................................84  
Hình 3.47: Mô hình pit tông..............................................................................85  
Hình 3.48: Mô hình phôi...................................................................................86  
Hình 3.49: Đường cong ứng suất biến dạng vật liệu của phôi..........................87  
Hình 3.50: Mô hình ¼ bài toán .........................................................................88  
Hình 3.51: Đường cong tải của áp suất và hành trình của pit tông theo thời  
gian..................................................................................................90  
Hình 3.52: Đường cong tải thực nghiệm và tải mô phỏng (Pinaki, Ray) .........90  
Hình 3.53: Phân bố ứng suất vonMises tại thời điểm áp suất nén đạt giá cực  
đại....................................................................................................92  
Hình 3.54: Phân bố ứng suất vonMises sau giai đoạn xả..................................92  
Hình 3.55: Phân bố biến dạng vonMises lúc áp suất nén đạt giá trị cực đại.....93  
Hình 3.56: Phân bố biến dạng vonMises sau giai đoạn xả ...............................93  
Hình 3.57: Kết quả chuyển vị theo phương Y ..................................................94  
Hình 3.58: Phân bố độ dày của thành sản phẩm ...............................................94  
Hình 3.59: Ứng xử của các vùng vật liệu ở giai đoạn chuẩn bị........................95  
Hình 3.60: Biến dạng dẻo của phôi sau giai đoạn chuẩn bị..............................96  
Hình 3.61: Phân bố ứng xử sau giai đoạn nén ..................................................96  
ix  
Hình 3.62: Phân bố ứng xử sau giai đoạn xả ....................................................97  
Hình 3.63: Biến dạng dẻo sau khi kết thúc quá trình xả ...................................98  
Hình 3.64: Đường khảo sát biến dạng L và chiều cao H của co T ...................98  
Hình 3.65: Kết quả phân bố độ dày theo vị trí của Pinaki, Ray......................100  
Hình 3.66: Đồ thị phân bố độ dày theo vị trí của Luận Văn...........................100  
Hình 3.67: Ảnh hưởng của góc lượn lớn đến chiều cao sản phẩm .................101  
Hình 3.68: Đồ thị chiều cao của co đạt được theo góc lượn...........................102  
Hình 3.69: Nếp nhăn phát triển do hành trình pit tông quá lớn ......................103  
Hình 3.70: Nếp nhăn phát triển ở giữa phôi....................................................103  
Hình 3.71: Hiện tượng phôi tách khỏi khuôn..................................................104  
Hình 3.72: Ảnh hưởng của punch counter......................................................105  
Hình 3.73: Bài toán mô hình bằng phần tử khối.............................................106  
x
Phụ lục 1: Bộ giải LS-DYNA Solver tích hợp vào chương trình ANSYS .....131  
Phụ lục 2: Tùy chọn số nhân xử lý cho quá trình tính toán ............................131  
Phụ lục 3: Giao diện của chương trình HyperView........................................132  
xi  
DANH MỤC BẢNG  
Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của hai thuật toán.......................................22  
Bảng 3.1: Đơn vị dùng trong mô phỏng ...........................................................40  
Bảng 3.2: Tham số dùng trong mô phỏng.........................................................41  
Bảng 3.3: Số lần dập đề nghị cho quá trình dập sâu .........................................42  
Bảng 3.4: Mô hình phần tử hữu hạn các thành phần của khuôn.......................51  
Bảng 3.5: Bảng số liệu mô hình chày ...............................................................53  
Bảng 3.6: Tính chất cơ bản của nhôm 3003-O .................................................56  
Bảng 3.7: Số liệu mô hình blankholder,support plate và phôi..........................57  
Bảng 3.8: Các kiểu tiếp xúc trong LS-DYNA ..................................................58  
Bảng 3.9: Đơn vị dùng trong bài toán gia công bằng thủy lực .........................83  
Bảng 3.10: Tham số dùng trong bài toán gia công bằng thủy lực ....................83  
Bảng 3.11: Thông số mô hình của khuôn và pit tông .......................................85  
Bảng 3.12: So sánh các kích thước cơ bản của co T với thực nghiệm .............99  
Bảng 3.13: Kết quả phân bố độ dày theo vị trí (đơn vị mm) ............................99  
xii  
KÝ HIỆU  
Ứng suất và biến dạng  
hoặc n  
ứng suất pháp  
hoặc t  
ứng suất tiếp  
ứng suất chảy  
s hoặc o  
ứng suất tương đương  
biến dạng pháp  
Các thông số vật liệu  
E
mô đun Young  
hệ số Poission  
khối lượng riêng  
k
hệ số cứng  
n
hệ số mũ biến cứng  
vận tốc lan truyền âm thanh  
c
Các ký hiệu khác  
{}  
vec tơ  
[]  
|| ||  
fn  
ma trận  
độ lớn vec tơ  
lực pháp tuyến  
lực tiếp tuyến  
ft  
v
vận tốc trượt  
x, y, z hoặc x1, x2 , x3  
các tọa đồ Đề-các  
hệ số nhân của hệ số ma sát  
khoảng chuyển tiếp giữa vùng ma sát và vùng trượt  
hệ số ma sát  
W
năng lượng  
xiii  
 
Chương 1: Tổng quan  
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC  
1.1 Giới thiệu  
Phương pháp gia công áp lực là phương pháp gia công dựa vào nguyên lý biến  
dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực nhằm làm thay đổi hình dáng, kích  
thước của phôi theo ý muốn. Với các ưu điểm khử được một số khuyết tật như rỗ khí,  
rỗ co làm tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao. Độ bóng, độ chính xác cao hơn  
các chi tiết đúc và dễ tiến hành cơ khí, tự động hóa nên năng suất cao và giá thành hạ.  
Về cơ bản, có thể phân loại các phương pháp gia công áp lực thành những loại sau  
• Phương pháp cán (rolling).  
• Phương pháp kéo, ép kim loại (extrusion, drawing).  
• Rèn tự do (forging).  
• Dập nóng, dập nguội (stamping).  
Trong điều kiện giới hạn về thời gian, luận văn chỉ tập trung vào vấn đề gia công  
áp lực cho tấm mỏng mà cụ thể là trong quá trình dập sâu và quá trình gia công co T  
bằng thủy lực. Công nghệ cán liên tục ngày nay đã tạo ra các tấm mỏng có chất lượng  
cao với giá thành thấp. Phần lớn kim loại tấm được tạo ra bằng cách cán nóng hoặc  
nguội, sau đó chúng được đưa vào sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất máy móc, công  
trình xây dựng, bình chứa hóa chất, thực phẩm và rất nhiều ứng dụng tương tự khác.  
So với các phương pháp như đúc, cắt gọt…phương pháp gia công áp lực cho năng suất  
cao và giảm giá thành đáng kể, ngoài ra, các tính chất của sản phẩm như hình dáng,  
khối lượng, độ dày, độ bóng, tính thẩm mĩ được kiểm soát tốt hơn. Công nghệ dập kim  
loại đã có những bước tiến lớn khi mà những vật liệu có mô-đun đàn hồi và mô-đun  
dẻo cao, do đó sản phẩm sau khi được tạo hình có độ cứng, tỉ số giữa độ bền trên khối  
lượng ngày càng lớn và có cơ tính vượt trội so với các phương pháp khác như đúc, cắt  
gọt. Trong điều kiện sản xuất hàng loạt, sử dụng khuôn dập cho năng suất cao nhất.  
GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện  
1
SVTH: Trần Khoa Luật  
   
Chương 1: Tổng quan  
1.2 Các quá trình gia công áp lực phổ biến cho kim loại tấm  
1.2.1 Quá trình tạo phôi (blanking and piercing)  
Thông thường kim loại tấm được bảo quản ở dạng cuộn, quá trình đầu tiên là trải  
phẳng và cắt thành từng tấm nhỏ, những tấm nhỏ này có thể được đưa vào khuôn dập  
tạo hình hoặc cắt thành từng miếng nhỏ hơn. Tuy không đây chưa hẳn là quá trình gia  
công áp lực nhưng vẫn được khảo sát do tính phổ biến của nó vì hầu hết phôi kim loại  
tấm được tạo thành theo cách này. Ở đây, sau khi phôi được tạo thành, vùng rìa bị biến  
cứng, điều này sẽ gây ra khó khăn trong quá trình dập tiếp theo.  
Hình 1.1: Sản phẩm sau khi dập cắt  
1.2.2 Quá trình uốn (bending)  
Quá trình uốn đơn giản nhất là tạo nếp gấp thẳng trên tấm kim loại. Đặc điểm của  
quá trình này là chỉ có khu vực bị uốn (nhỏ) chịu biến dạng, phần còn lại thì không.  
Nếu kim loại không đồng nhất hoặc có khuyết tật, hư hỏng vẫn có thể xuất hiện ngoài  
vùng uốn, và ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi (springback) là đáng kể.  
GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện  
2
SVTH: Trần Khoa Luật  
       
Chương 1: Tổng quan  
Hình 1.2: Quá trình tạo góc lượn bằng phương pháp uốn  
1.2.3 Quá trình ép dãn đều (stretching)  
Đây là quá trình tạo hình trong đó phần lớn tấm kim loại được kéo dãn và uốn  
đồng thời bằng trên khuôn.Vùng biên của phôi được cố định và chày có dạng khối liền  
ép vào phôi theo phương đứng. Ứng suất kéo xuất hiện ở vùng biên và ứng suất nén  
xuất hiện tại vùng tiếp xúc giữa đe và tấm kim loại.  
Hình 1.3: Quá trình ép dãn đều  
1.2.4 Quá trình tạo lỗ (hole extrution)  
Quá trình mở rộng lỗ đã có sẵn và tạo thêm viền (flanger) ở một phía của phôi.  
GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện  
3
SVTH: Trần Khoa Luật  
       
Chương 1: Tổng quan  
Hình 1.4: Kết quả quá trình tạo lỗ  
1.2.5 Quá trình dập (stamping, draw die forming)  
Quá trình dập được xem là quá trình gia công áp lực rộng rãi nhất. Nó có thể loại  
bỏ nhiều thành phần của một chi tiết mà trước đây muốn liên kết phải dùng mối hàn,  
đinh tán. Mặc dù phương pháp dập đã được áp dụng từ rất lâu nhưng thời gian và giá  
thành cho việc chế tạo khuôn vẫn còn rất tốn kém do phải làm nhiều mẫu thử, đặc biệt  
khi phải chế tạo những chi tiết có:  
- Biên dạng của chi tiết phức tạp  
- Ma sát giữa phôi và khuôn biến đổi liên tục  
- Các quá trình giãn nở vì nhiệt, chế độ dập…  
- Hiện tượng đàn hồi (springback) sau khi tháo khuôn  
Trong quá trình dập tạo hình, có ba quá trình cơ bản:  
- Dập sâu (deep drawing)  
- Dập lại (redrawing)  
- Dập vuốt (ironing)  
GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện  
4
SVTH: Trần Khoa Luật  
   
Chương 1: Tổng quan  
Hình 1.5: Sản phẩm của quá trình dập sâu.  
1.2.6 Quá trình gia công thủy lực (fluid forming, hydroforming)  
Trong quá trình này, áp lực lưu chất thay thế cho vị trí của chày trong các quá  
trình dập thông thường. Trong phương pháp gia công thủy lực, phôi bị chảy dẻo và  
điền đầy chỗ trống chủ yếu bằng áp lực lưu chất. Ưu điểm của phương pháp này là  
khuôn đơn giản, ít chi tiết vì vậy giá thành rẻ hơn so với việc chế tạo khuôn nhiều  
phần. Một ưu điểm khác của phương pháp này là tạo ra những sản phẩm có hình dạng  
phức tạp như co X, co T, các loại ống nhiều mặt cắt (profile) mà không phải dùng đến  
phương pháp đúc nhưng vẫn đảm bảo được cơ tính và sự đồng đều vật liệu.Ngoài ra,  
do sử dụng lưu chất nên tránh được các hiện tượng dãn nở về nhiệt, giảm thiểu ma sát,  
an toàn trong vận hành. Nhược điểm chính của phương pháp là đòi hỏi áp lực cao, độ  
kín khít của khuôn và thời gian để chuẩn bị lâu hơn so với các phương pháp khác. Với  
ưu điểm an toàn, rẻ tiền, tạo ra được những biên dạng phức tạp mà không cần phải hàn  
nhiều chi tiết phương pháp gia công bằng thủy lực ngày càng được áp dụng rộng rãi,  
đặc biệt trong lĩnh vực đường ống và công nghiệp ô tô.  
GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện  
5
SVTH: Trần Khoa Luật  
   
Tải về để xem bản đầy đủ
doc 147 trang yennguyen 28/03/2022 7900
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docluan_van_mo_phong_mot_so_qua_trinh_gia_cong_ap_luc.doc