GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ và hội nhập sâu vào nền kinh tế toàn cầu, với nhiều ngành công nghiệp nhận được sự đầu tư lớn, đặc biệt là ngành cơ khí chế tạo, than, điện lực, xi măng, sản xuất nguyên liệu giấy và công nghiệp ôtô xe máy Ngành cơ khí chế tạo không chỉ là một ngành công nghiệp nền tảng mà còn đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Công nghệ dập tạo hình đang được áp dụng để sản xuất các chi tiết kim loại phức tạp từ vật liệu khó gia công, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao Hiện tại, chúng ta vẫn phụ thuộc vào việc nhập khẩu công nghệ và thiết bị từ nước ngoài Để làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất và tiết kiệm ngoại tệ, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến trong chế tạo chi tiết phức tạp là rất cần thiết Bên cạnh công nghệ tạo hình truyền thống như chày cứng- cối cứng, công nghệ gia công áp lực hiện nay đã áp dụng các phương pháp mới nhằm giảm số lượng nguyên công, nâng cao chất lượng sản phẩm và hạn chế khuyết tật như rách, nứt hoặc nhăn.
Công nghệ dập thủy tĩnh là một trong những phương pháp gia công áp lực tiên tiến, sử dụng chất lỏng cao áp để tạo hình các chi tiết dạng tấm và ống Phương pháp này hoạt động bằng cách tác động chất lỏng cao áp lên bề mặt của phôi, gây ra biến dạng vật liệu hiệu quả.
Trong nghiên cứu này, nhóm đã thay thế áp lực chất lỏng bằng áp suất hơi nước để phân tích hiệu quả của phương pháp này Đề tài tập trung vào quá trình hình thành chi tiết và các thông số ảnh hưởng đến mức độ biến dạng cũng như khả năng biến dạng Kết quả cuối cùng được thực hiện thông qua việc tạo hình chi tiết dạng ống nhôm.
Dựa trên kết quả phân tích, đề tài này có tiềm năng làm nền tảng cho nghiên cứu sâu hơn, nhằm phát triển sản phẩm hoàn chỉnh phù hợp với sản xuất thực tế tại Việt Nam Sản phẩm này sẽ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và khả năng làm việc của các chi tiết có hình dạng phức tạp.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ HF
Thiết kế và chế tạo khuôn tạo hình ống bằng áp lực hơi nước
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng tạo hình chi tiết ống
Tạo hình một số mẫu ống
Mô phỏng quá trình bằng phần mềm Pam-Stamp 2G.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Chi tiết dạng hình trụ rỗng có đường kính 15.88mm, dày 1.2mm, chiều dài 64mm, vật liệu nhôm và đồng
Khảo sát sự ảnh hưởng và mối quan hệ của 3 thông số công nghệ cơ bản bao gồm thời gian, lượng nước và nhiệt độ cần thiết
Thứ nhất, từ các lý thuyết đã học, quá trình tìm hiểu công nghệ dập thủy tĩnhđể áp dụng vào thực hiện đề tài
Thực nghiệm tạo hình ống bằng áp suất hơi nước đã xác định các thông số cơ bản, từ đó rút ra những kết luận quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc vận dụng kiến thức đã học để thiết kế bộ khuôn hiệu quả mang ý nghĩa khoa học sâu sắc, đồng thời phương pháp này còn có nhiều ưu điểm thực tiễn như tính đơn giản, dễ sử dụng và chi phí thấp, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo, góp phần hoàn thiện đề tài và phát triển các sản phẩm phục vụ sản xuất.
Bố trí luận văn
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương 4: Thiết kế và chế tạo khuôn tạo hình ống bằng áp lực hơi nước
Chương 5: Thí nghiệm và ứng dụng tạo hình
Chương 6: Mô phỏng với phần mềm Pam-Stamp
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển.
TỔNG QUAN
Giới thiệu
Quá trình dập thủy tĩnh nói chung có thể chia làm hai loại chính: dập thủy tĩnh ống và dập thủy tĩnh tấm như mô tả dưới đây
Hình 2 1: Phân loại công nghệ dập thủy tĩnh
Dập thủy tĩnh ống là một trong những phương pháp tạo hình kim loại phổ biến, được sử dụng rộng rãi để sản xuất các chi tiết hình ống khác nhau Công nghệ này còn được biết đến với nhiều tên gọi như tạo hình phình của ống, tạo hình phình lỏng và tạo hình bằng áp lực thủy lực, tùy thuộc vào thời gian và địa điểm sử dụng Dập thủy tĩnh ống cho phép kiểm soát áp suất thủy lực bên trong và tải trọng đầu ống, giúp tránh tình trạng vỡ Trong quá trình này, lực dọc trục được áp dụng vào các đầu ống thông qua các pít-tông, khi áp suất bên trong được tạo ra bởi chất lỏng cao áp qua một lỗ khoan trong pít-tông.
Nguyên lý dập thủy tĩnh ống được thể hiện qua việc đặt các ống trống giữa hai nửa khuôn và điền đầy chất lỏng cao áp Quá trình này yêu cầu áp dụng đồng thời áp suất bên trong và hai lực dọc trục từ pít-tông để biến dạng ống theo hình dạng của dụng cụ Trong một số ứng dụng, ống có thể chỉ cần tăng áp suất nội tại mà không cần lực dọc trục từ pít-tông Tuy nhiên, cần lưu ý rằng lực dọc trục tác động lên đầu ống không được vượt quá mức nhất định để tránh rò rỉ chất lỏng áp lực.
Hình 2 2: Hệ thống dập thủy tĩnh ống
Hệ thống dập thủy tĩnh ống bao gồm các bộ phận sau:
1 Thiết bị ép hoặc kẹp: một thiết bị kẹp đƣợc sử dụng để mở và đóng khuôn và cung cấp đủlực kẹp trong suốt quá trình tạo hìnhđể tránh hiện tƣợng co giãn và phân tách khuôn Trọng tải của áp suất phụ thuộc vào yêu cầu của lực khuôn Độ lớn của tải đóng phụ thuộc vào áp suất nội tại và kích thước khoảng trống trong ống
2 Công cụ: công cụ dập thủy tĩnh bao gồm: bàn ren, khuôn và lõi khuôn Nói chung, dưới đây là những yêu cầu chính của công cụdập thủy tĩnh: (a) Độ bền cao chịu đƣợc áp lực nội tại cao và tải trọng dọc trục trong suốt quá trình, (b) Bề mặt hoàn thiện tốt, giảm thiểu ma sát và gia tăng tính định hình, (c) Linh hoạt với các lõi khuôn có thể thay thế, (d)Hệ thống dẫn hướng tốt và (e) cân bằng thiết kế để giảm thiểu những yêu cầu lực đóng
3 Hệ thống áp suất: Hệ thống áp suất (bơm, bộ khuyếch đại, van điều khiển) đƣợc thiết kế để cung cấp những mức độ áp suất yêu cầu cho một loạt các chi tiết
4 Xi lanh và pít-tông thủy lực dọc trục: Pít-tông dọc trục thì cần thiết để vặn chặt đầu ống để tránh áp suất thoát ra và cung cấp vật liệu vào vùng biến dạng
Dập thủy tĩnh ống có một số lợi thế so với các phương pháp sản xuất thông thường Dập thủy tĩnh ống có các lợi thế sau:
1 Chất lƣợng sản phẩm tốt hơn (dung sai chặt chẽ hơn, hợp nhất chi tiết, giảm trọng lƣợng thông qua thiết kế phần hiệu quả hơn, cải thiện độ bền và độ cứng của cấu trúc, và bề mặt hoàn thiện tốt)
2 Giá thành sản xuất thấp hơn do giảm số bước tạo hình và lắp ráp, chi phí công cụ cũng rẻ hơn vì ít bộ phận hơn,hoạt động ít hơn (không có đường hàn ở mặt cắt yêu cầu, các lỗ các thể xuất hiện trong suốt quá trình dập thủy tĩnh) và ít chất thải.
Ứng dụng của dập thủy tĩnh
Phương pháp này chủ yếu được áp dụng trong sản xuất các ứng dụng phản chiều và đồ gia dụng, cũng như trong các lĩnh vực như vệ sinh, hàng không vũ trụ, ô tô và máy bay Nhiều công ty ô tô đã đạt được thành công lớn nhờ quy trình này, vì nó giúp giảm trọng lượng, chi phí tổng thể và số lượng bộ phận trên mỗi xe Các ứng dụng trong ngành ô tô bao gồm các bộ phận như ống xả, trục cam, khung tản nhiệt, trục trước và sau, chân đế động cơ, trục khuỷu, khung ghế, bộ phận thân xe và khung không gian Ngoài ra, quá trình dập thủy tĩnh ống cũng được sử dụng để sản xuất vòi nước, vòi tắm, các chi tiết nhôm và thanh thép panic.
Hình 2 3: Các chi tiết có mối nối đường ống dẫn
Các chi tiết mối nối đường ống dẫn là yếu tố quan trọng trong thiết kế không gian Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép tạo hình các chi tiết này với chất lượng cao Để đảm bảo các mối ghép nối kín, có thể áp dụng phương pháp hàn hoặc ép chặt.
Hình 2 4: Thân các thiết bị chịu áp lực
Trong lĩnh vực chế tạo thiết bị chịu áp lực, các chi tiết thân có nhiều điểm tương đồng với các chi tiết hình 2.4 Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép sản xuất phôi thân của các chi tiết này Đặc biệt, một số thân có hình dạng cầu hoặc trụ có thể được tạo ra mà không cần gia công bổ sung, nhờ vào phương pháp dập thủy tĩnh.
Các chi tiết trục bậc rỗng thường có thiết kế nhiều bậc để đáp ứng yêu cầu về trọng lượng nhẹ, độ cứng và khả năng làm mát Phần lớn các chi tiết này được sản xuất thông qua phương pháp dập thủy tĩnh.
Hình 2 6: Các chi tiết trục cam lệch tâm rỗng
Phương pháp dập thủy thĩnh cho phép sản xuất các bán sản phẩm với hình dạng đơn giản, sau đó có thể tiến hành gia công cơ khí hoặc gia công dẻo để hoàn thiện sản phẩm.
Quy trình dập các chi tiết trục khuỷu rỗng đang trong giai đoạn nghiên cứu thực nghiệm Kết quả từ các nghiên cứu này cho thấy phương pháp dập thủy tĩnh có khả năng ứng dụng rộng rãi cho các chi tiết dạng này.
Hình 2 8: Các chi tiết của khung xe đạp
Khung xe đạp thường có nhiều vấu với hình dạng tiết diện ngang đa dạng như tròn, ôvan hay chữ nhật Việc chế tạo các chi tiết này có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng công nghệ dập thủy tĩnh mang lại chất lượng sản phẩm cao nhất.
Hình 2 9: Các chi tiết có nếp gấp ngang
Hình 2 10: Các chi tiết của trang thiết bị giao thông
Hình 2 11: Một số sản phẩm dân dụng
Dập thủy tĩnh ngày càng trở nên phổ biến trong sản xuất chi tiết ô tô, với sự phát triển mạnh mẽ tại Châu Âu và Bắc Mỹ Tại Nhật Bản, công nghệ này đã được áp dụng để sản xuất các chi tiết xe từ năm 1999.
Dập thủy tĩnh đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất linh kiện ô tô nhờ vào những lợi thế vượt trội so với các phương pháp chế tạo thông thường Công nghệ này không chỉ giúp tăng độ chính xác và chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu thời gian sản xuất và chi phí Sự linh hoạt trong thiết kế và khả năng xử lý các vật liệu khó cũng là những yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển của dập thủy tĩnh trong ngành công nghiệp ô tô.
1 Giảm chi phí bằng cách tích hợp nhiều chi tiết
2 Giảm trọng lƣợng bằng cách giảm các mặt bích hàn để nối các bộ phận
3 Cải thiện tính chất mỏi bằng cách giảm các mối hàn
4 Cải thiện độ bền của các thành phần bằng cách tạo thành hình dạng khép kín và làm việc cứng
5 Đơn giản hóa quá trình làm việc bằng cách khoan lỗ trong khuôn và giảm các mối hàn
Mặc dù phương pháp dập thủy tĩnh có nhiều ưu điểm, nhưng nó vẫn gặp nhiều hạn chế so với việc sử dụng máy ép thông thường Ứng dụng của dập thủy tĩnh chưa được mở rộng trong sản xuất các thành phần ô tô khác nhau, dẫn đến những thách thức trong việc áp dụng công nghệ này rộng rãi hơn.
- Các điều kiện hình thành phức tạp, và đòi hỏi kỹ năng đặc biệt
- Máy tạo hình rất lớn và đắt
Hình 2 12: Một số ứng dụng hydroforming trong ô tô.
Vật liệu sử dụng trong quá trình dập thủy tĩnh
Công nghệ tạo hình bằng áp suất hơi nước đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, thúc đẩy việc tìm kiếm nhiều loại vật liệu khác nhau để làm phong phú thêm quy trình dập thủy tĩnh Trong số các vật liệu, hợp kim nhôm, thép và đồng được ưa chuộng hơn cả Tùy vào mục đích sử dụng, các nhà sản xuất sẽ lựa chọn vật liệu phù hợp; ví dụ, hợp kim nhôm và thép thường được dùng để sản xuất chi tiết bán thành phẩm trong ngành cơ khí, trong khi đồng và hợp kim đồng lại phổ biến trong ngành đường ống và vệ sinh công nghiệp.
2.3.2 Nhôm và hợp kim của nhôm
Nhôm là kim loại có một dạng thù hình, có mạng lập phương tâm mặt, có các tính chất nhƣ sau:
- Khối lƣợng riêng nhỏ (g = 2,7g/cm 3 )
- Tính dẫn diện và dẫn nhiệt cao, có độ giãn nở nhiệt nhỏ
- Tính chống ăn mòn cao (vì có màng ôxit Al2O3 xiết chặt bảo vệ)
Nhiệt độ chảy thấp của hợp kim nhôm (660 °C) giúp quá trình nấu luyện trở nên dễ dàng hơn; tuy nhiên, các hợp kim này không phù hợp cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao Ngoài ra, tính đúc của hợp kim nhôm không cao do độ co ngót lớn, có thể lên tới 6%.
- Cơ tính thấp (σ b = 6Kg/mm 2 , HB = 25, δ = 40%) do đó rất dễ biến dạng, tính gia công cắt thấp Ƣu điểm của nhôm – hợp kim nhôm:
Hợp kim nhôm có khối lượng riêng nhỏ chỉ 2,7g/cm³, tương đương khoảng 1/3 so với thép, điều này khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ứng dụng cần giảm trọng lượng hệ thống hoặc kết cấu, như trong ngành hàng không và vận tải, nhằm tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm tải trọng không tải và tăng tải trọng có ích Tuy nhiên, hợp kim nhôm và nhôm nguyên chất không đáp ứng được yêu cầu về độ cứng.
Nhôm có độ bền cao với thời tiết nhờ lớp màng oxy hóa, giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp theo Tính chất này làm cho nhôm trở thành lựa chọn lý tưởng cho các chi tiết và bộ phận chịu tác động của nắng mưa, như trong các bộ phận của xe ô tô và khung xe đạp.
- Giá thành của nhôm và hợp kim của nhôm rẻ hơn so với đồng hay thép
Trong ngành công nghiệp ôtô, việc sử dụng vật liệu nhẹ là rất quan trọng để giảm tiêu thụ nhiên liệu Giảm 10% trọng lượng thân ô tô có thể cải thiện hiệu quả nhiên liệu từ 6-8% Hơn nữa, việc thay thế các tấm thép bằng nhôm và magiê có thể giúp giảm trọng lượng từ 40-60% hoặc 60-75%, góp phần nâng cao hiệu suất nhiên liệu.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu
Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng phôi ống để tạo hình ngày càng gia tăng, cho thấy việc sản xuất ống và sử dụng các chi tiết từ phôi ống trong nhiều lĩnh vực là cần thiết và kinh tế Sản phẩm được chế tạo từ quy trình dập thủy tĩnh mang lại độ chính xác và độ tin cậy cao Công nghệ chế tạo này, thường được gọi là công nghệ dập thủy tĩnh, sử dụng nguồn chất lỏng áp lực cao và được công nhận trong các tài liệu chuyên môn.
Quy trình công nghệ dập thủy tĩnh biến đổi hình dạng phôi ống ở trạng thái nguội thông qua áp lực cao bên trong Phương pháp này tạo ra hình dạng sản phẩm bằng cách áp dụng áp lực thủy tĩnh cao trực tiếp lên bề mặt trong của phôi Trong từng trường hợp, áp lực chất lỏng cao được tác động từ mặt ngoài của phôi ống.
Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép sản xuất các chi tiết máy chất lượng cao với hình dạng phức tạp Trước đây, các chi tiết này thường được chế tạo bằng phương pháp hàn ghép, nhưng hiện nay phương pháp này đã không còn được sử dụng.
Các sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống điển hình
Có nhiều sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh trong gia công kim loại bằng áp lực, thể hiện sự tác động của ngoại lực lên phôi để thay đổi hình dạng Mỗi loại chi tiết cần có quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện và phạm vi sản xuất cụ thể Quy trình công nghệ hợp lý phải tương thích với loại dụng cụ và trang thiết bị sử dụng, tạo nên mối liên hệ giữa các chi tiết, phôi, quy trình công nghệ, dụng cụ và trang thiết bị.
Phương pháp này cho phép chuyển đổi các sơ đồ nguyên lý của dập thủy tĩnh thành các sơ đồ cơ bản, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các nhóm chi tiết khác nhau.
Có thể chia ra làm hai dạng sơ đồ cơ bản dập thủy tĩnh với cối cứng và chày chất lỏng:
- Dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn tác động lên phôi
- Dập thủy tĩnh bằng áp lực thủy tĩnh cao, trọng tải liên hợp
Dưới đây ta có thể khảo sát những sơ đồ cơ bản đã được thực hiện trong những điều kiện thực nghiệm và trong công nghiệp
3.2.1 Dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn
Hiện nay, dập chi tiết rỗng bằng áp lực thủy tĩnh đang trở thành công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp Quá trình này dựa trên sự biến dạng dẻo khi áp lực chất lỏng tác động lên bề mặt trong của phôi từ nguồn áp lực cao Áp lực cao được truyền trực tiếp vào khuôn trong của phôi thông qua piston ép Việc sử dụng bơm cao áp không chỉ mở rộng khả năng của công nghệ dập thủy tĩnh mà còn cho phép tạo ra áp lực cao với độ chính xác cần thiết, đảm bảo quy luật thay đổi áp lực trong quá trình sản xuất.
Tải trọng đơn của phôi được áp dụng để mở rộng kích thước ngang của phôi, như thể hiện trong hình 3.1 a và b Trong một số trường hợp, mép của phôi có thể được để tự do hoặc được kẹp lại.
Tải trọng đơn đƣợc ứng dụng để định cỡ ống và để thực hiện tạo hình từ phôi ống trong khuôn ghép
Phương pháp dập thủy tĩnh là kỹ thuật hiệu quả trong chế tạo các chi tiết rỗng, như minh họa ở hình 2.4, 2.5 và 2.6 Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là việc làm mỏng đáng kể thành phôi do trạng thái ứng suất tại nơi thành hình Hệ số phân bố áp lực trong quá trình dập không vượt quá 1,3, dẫn đến việc chỉ có thể chế tạo các chi tiết rỗng có hình dạng đơn giản và quy trình dập diễn ra với mức độ biến dạng nhỏ.
Hình 3 1: Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn
Để tạo hình chi tiết như hình c dưới áp lực cao bên trong, cần có thành phần đối áp bổ sung lên bề mặt ngoài của phôi, nhằm giảm bớt ứng suất kéo dư Đối áp thường được tạo ra bởi môi trường chất lỏng hoặc đàn hồi Chẳng hạn, khi dập các chi tiết cho sản phẩm dân dụng, áp lực bên trong p sẽ tác động gián tiếp lên bề mặt trong của phôi thông qua một bộ phận đàn hồi.
Nghiên cứu gần đây cho thấy khả năng biến dạng của phôi kim loại siêu dẻo dưới tải trọng đơn hình d Đặc biệt, trong quá trình dập chi tiết mối nối chữ T, độ mỏng của thành phôi có thể đạt tới 80%.
3.2.2 Sơ đồ tải trọng đơn
Dập thủy tĩnh có đặc điểm phân bố ứng suất phức tạp theo thể tích phôi, và sơ đồ dập đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái ứng suất của vật liệu Việc khảo sát trạng thái ứng suất và biến dạng của vật liệu trong các sơ đồ cơ bản của dập thủy tĩnh là cần thiết để hiểu rõ hơn về quá trình này.
Trong quá trình dập thủy tĩnh với tải trong đơn, giai đoạn đầu của sự biến dạng dẻo của phôi ống tương đối nhỏ Lúc này, thành phôi chịu tác động của ứng suất kéo tiếp tuyến σɵ Khi phôi tiếp xúc với khuôn dưới, ứng suất nén hướng tâm σ r xuất hiện Sự biến dạng kéo theo hướng tiếp tuyến eɵ cùng với biến dạng nén theo phương trục và hướng tâm e z, e t là những đặc điểm nổi bật của quá trình dập thủy tĩnh.
Khi phân tích các vùng phôi ta thấy trạng thái ứng suất hết sức phức tạp
Vùng I: chịu sự tác động của ứng suất kéo dọc trục σɵ, ứng suất kéo tiếp tuyến σɵ (hình 3.4b) và ứng suất nén hướng tâm σ r Ta quan sát được những biến dạng kéo tiếp tuyến eɵ, chúng làm mỏng không đáng kể thành phôi e r và độ co e z của phôi theo hướng trục
Vùng II: trước khi cho tiếp xúc thành phôi với bề mặt khuôn dưới ta thấy xuất hiện hướng trục σ z , ứng suất kéo tiếp tuyến σɵ và kèm theo nó là làm mỏng rất mạnh lên thành phôi Ở vùng này ta quan sát đƣợc biến dạng kéo e z, e ɵ và biến dạng nén e r
Khi tiếp xúc giữa thành phôi và bề mặt khuôn xảy ra, ứng suất nén hướng tâm σ r xuất hiện Ở bề mặt trong của phôi, ứng suất này tương đương với áp lực chất lỏng p, trong khi ở bề mặt ngoài, ứng suất nén được xác định là σ r = σ k.
Đặc tính tạo hình phôi ống bằng tải trọng đơn với áp lực thủy tĩnh bên trong phôi dẫn đến sự xuất hiện của ứng suất kéo căng đáng kể và hiện tượng làm mỏng thành phôi.
KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH ỐNG BẰNG ÁP LỰC HƠI NƯỚC
Kết cấu bộ khuôn
Hình 4 6: Lõi khuôn a) Lõi khuôn 1 b) Lõi khuôn2 c) Lõi khuôn3 d) Lõi khuôn4
4.2.9 Gia công các tấm khuôn
Bảng 4 1:Phiếu công nghệ của tấm khuôn âm và dương
TT Bước công nghệ Loại dao
1 Phay thô vạt mặt Dao phay mặt 400 1500 0.5
5 Phay 2 hốc 21 Dao phay ngón
6 Khoan mồi 8 lỗ Dao khoan mồi 60 320
13 Taro ren M8 Dao Taro ren
14 Taro ren M14 Dao Taro ren
Hình 4 9: Kết quả gia công tấm khuôn dương
4.2.10 Gia công các lõi khuôn
- Kích thước phôi: Đường kính: 30
- Đồ gá: Mâm cập 3 chấu
Bảng 4 2: Phiếu công nghệ gia công lõi khuôn
TT Bước công nghệ Loại dao
Hình 4 11: Lõi khuôn sau khi đƣợc gia công
Hình 4 12:Lõi khuôn sau khi đƣợc gia công
Cách loe ống
Hình 4 13: Dụng cụ cắt ống
- Kiểm tra cẩn thận chiều dài của ống, sau đó bút bi vạch dấu vào chổ cần phải cắt ống
- Đặt ống vào giữa những con lăn đĩa cắt
- Đặt đúng lƣỡi dao cắt vào vạch dấu đã vạch bằng bút bi
- Vặn tay vít tới khi lƣỡi cắt chạm sát vào ống
- Quay từ từ dao cắt xung quanh ống để dao cắt ăn sâu dần vào ống
- Sau khi thấy nhẹ tay, siết thêm tay vít để làm tăng sức ép của dao cắt, và lại quay dao xung quanh ống
- Tiếp tục cắt bằng cách tăng dần sức ép của đĩa cắt nhƣng không mạnh quá để khỏi làm ống hỏng
Kiểm tra miệng ống để đảm bảo đã làm sạch rìa ống và không có hư hỏng nào Miệng ống cần có hình dạng tròn khi chiếu lên mặt phẳng; nếu thấy hình elip, cần tiến hành cắt lại ống.
- Đặt vị trí của ống sao cho đầu ống cao hơn mặt của đồ kẹp, kẹp chặt ống
- Khi đầu loe đã ăn sâu tới mức cần thiết thì vặn ngƣợc lại để rút đầu ra
- Kiểm tra đầu ống đã loe (nếu ống bị nứt là do ta đã vặn đầu loe vào quá nhanh)
Hình 4 18: Ống sau khi loe
Tiếp tục loe với đầu còn lại, trước khi loe nhớ lồng rắc co vào ống
Hình 4 19: Ống sau khi loe Đầu loe phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Mặt trong của đầu loe không có gờ
- Đầu loe không bị rạn nứt, không bị lệch, bị vẹo
- Đầu loe phải ôm hết vào đầu côn của rắc co
Các thí dụ điểm hình về việc loe ống sai quy cách:
Trong hình 4.20, các thí dụ điển hình về loe ống sai quy cách được trình bày, bao gồm: a) không đánh bóng đủ; b) làm hư bề mặt bên trong; c) loe ống có đường kính quá nhỏ; d) loe ống có đường kính quá lớn; e) ống không còn nguyên vẹn.
THÍ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG TẠO HÌNH
Giới thiệu
Chương 4 đã trình bày thiết kế và chế tạo bộ khuôn, trong khi chương 3 tập trung vào cơ sở lý thuyết của công nghệ dập thủy tĩnh Chương 2 đã khám phá tính chất của các vật liệu như đồng, nhôm và thép Chương này sẽ trình bày các thí nghiệm liên quan đến quá trình HF sử dụng hơi nước và nhóm sẽ áp dụng các thí nghiệm để tạo hình một số mẫu.
Vật liệu của ống đƣợc tiến hành thí nghiệm là ống nhôm vì các lý do sau đây:
- Giá thành của nhôm và hợp kim của nhôm rẻ hơn so với đồng hay thép
- Do nhiệt độ nóng chảy của nhôm thấp (nhôm là 660 0 C, đồng là 1083 0 C) tiết kiệm thời gian nung nóng để tạo hình ống trên khuôn
Thí nghiệm này nhằm khảo sát ảnh hưởng của lượng nước, nhiệt độ và thời gian đến sự biến dạng của ống nhôm Nhóm nghiên cứu sẽ điều chỉnh lượng nước ở các mức 100%, 80% và 60% để đánh giá sự biến dạng của ống dưới các điều kiện nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ khởi đầu được thiết lập ở 100°C, và sẽ tăng dần mỗi lần 20°C để quan sát sự thay đổi.
Nguyên lý hoạt động của bộ khuôn
Để thực hiện thí nghiệm, ta cho nước vào ống nhôm và vặn kín rắc co với đầu đực nhằm ngăn hơi nước thoát ra, tránh mất áp suất Sau đó, lắp hoàn chỉnh bộ khuôn và gia nhiệt bằng 4 điện trở Nhiệt độ được điều chỉnh thông qua cảm biến, khi nhiệt độ tăng, nước trong ống nhôm sẽ bốc hơi và tạo ra áp suất, dẫn đến biến dạng của ống.
Khi tiến thành thí nghiệm, để đảm bảo quá trình diễn ra an toàn và kết quả chính xác ta nên lưu ý về các điều sau đây:
- An toàn về điện: vì điện sử dụng là 220V, quá trình gia nhiệt khuôn sẽ đƣợc làm nguội bằng nước nên cần chú ý ngắt các thiết bị điện
Để đảm bảo an toàn về áp suất trong khuôn thí nghiệm bằng áp suất hơi nước, cần chú ý đến việc vặn chặt khuôn và các ốc M14 Việc này rất quan trọng để tránh tình trạng ống bị nổ hoặc nứt trong quá trình biến dạng.
Các bước tiến hành thí nghiệm
Để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả trong khuôn thí nghiệm, việc tuân thủ đầy đủ các bước thí nghiệm là rất quan trọng Các bước thí nghiệm sẽ được trình bày chi tiết trong bài viết này.
Để lắp ống đã được loe sẵn, trước tiên vặn chặt một đầu rắc co với đầu đực Sau đó, cho nước vào ống và vặn chặt đầu đực còn lại Lưu ý rằng khi siết chặt, các mặt phẳng của hai rắc co cần phải nằm trên cùng một mặt phẳng để đảm bảo thuận tiện trong quá trình lắp khuôn và an toàn trong thí nghiệm, như minh họa trong hình 5.1.
5.3.2 Lắp bộ khuôn hoàn chỉnh
- Lắp lõi khuôn 1 vào tấm khuôn âm
Lắp ống vào lõi khuôn 1
Hình 5 3: Lắp ống vào lõi khuôn
Lắp lõi khuôn 1 còn lại vào khuôn
Hình 5 4:Lắp miếng lõi khuôn còn lại vào khuôn
Lắp tấm khuôn âm và tấm khuôn dương lại
Hình 5 5: lắp tấm khuôn dương và tấm khuôn âm lại
Lắp 4 bulong M8 (nhiệm vụ của 4 bulong M8 là gắn chặt hai khuôn dương và âm lại với nhau, nhằm đảm bảo lõi khuôn không bị lỏng, ảnh hưởng đến quá
Lắp 4 bulong M14 (nhiệm vụ của 4 bulong M14 là giữ chặt rắc co, tránh trường hợp áp suất hơi nước dồn tại vị trí 2 đầu ống làm bắn rắc co về 2 phía, gây nguy hiểm trong quá trình thí nghiệm)
Ta lắp 4 điện trở vào khuôn, sau đó đặt cảm biến nhiệt vào khuôn Gia nhiệt cho khuôn
Thí nghiệm với mức nước trong ống nhôm là 100% được làm như sau:
- Khuôn được gia nhiệt tới 100 0 C, tiến hành làm nguội khuôn bằng nước, sau đó mở khuôn xem kết quả của ống có biến dạng hay không
Khi ống có biến dạng, thời gian chờ sẽ được điều chỉnh tăng dần từ 1 phút, 2 phút, 3 phút trong khi nhiệt độ khuôn giữ ở 100°C, cho đến khi ống không còn khả năng biến dạng (đến mức nứt, vỡ) Mỗi khoảng thời gian chờ khác nhau sẽ tương ứng với các mẫu ống khác nhau.
Khi mức nước đạt 100%, chúng ta tiến hành khảo sát ở nhiệt độ 120°C, tăng thêm 20°C so với mức trước Kết quả cho thấy ống đã biến dạng hoàn toàn ở nhiệt độ này, do đó thí nghiệm với mức nước 100% sẽ dừng lại tại 120°C.
Thời gian chờ là khoảng thời gian cần thiết để khuôn đạt đến nhiệt độ nhất định và giữ nhiệt độ đó cho đến khi làm nguội Ký hiệu cho thời gian chờ thường được sử dụng trong quy trình sản xuất để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
T Đối với thí nghiệm ở mức nước 80% được làm như sau:
- Cách làm tương tự với ống ở mức nước 100%, nhưng do khi ta để ống ở nhiệt độ
Trong các thí nghiệm với ống ở các nhiệt độ 100 °C, 120 °C, 140 °C và 160 °C trong thời gian chờ từ 0 đến 5 phút, không quan sát thấy hiện tượng biến dạng Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt 190 °C với thời gian chờ 0 phút, ống bắt đầu biến dạng, và tại 205 °C, ống biến dạng hoàn toàn Đối với thí nghiệm ở mức nước 60%, nhiệt độ ống bắt đầu biến dạng ở 225 °C trong thời gian chờ 0 phút.
Làm nguội khuôn trực tiếp bằng nước bước này lưu ý phải ngắt nguồn điện trước khi làm nguội
5.3.5.Mở khuôn và lấy sản phẩm
Ta vặn đều 4 con ốc M8 ra khỏi khuôn, sau đó khuôn sẽ đƣợc mở ra bằng cách vặn đều 2 con ốc M14 trên khuôn dương
Hình 5 8: Cách đo mẫu ống biến dạng
Sai số của nhiệt độ là ±5°C, trong khi sai số của thời gian là ±5 giây Chiều dài của ống có sai số là +0.5 mm Các kết quả thí nghiệm sẽ được trình bày ở phần sau.
Kết quả thí nghiệm
5.4.1 Kết quả thí nghiệm với lượng nước là 100%
Hình 5 9: Ống tạo hình ở mức nước 100%, nhiệt độ khuôn 100 0 C
Bảng 5 1:Kết quả thí nghiệm với lượng nước 100%, nhiệt độ khuôn 100 0 C
Ở nhiệt độ 100 độ C, nước bắt đầu sôi, nhưng hơi nước có thể bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn Khi nhiệt độ tăng, các phần tử nước chuyển động mạnh mẽ, làm cho ống mềm đi và biến dạng Đến 100 độ C, ống đã phình lên với đường kính 17,93mm Sau 6 phút chờ, các phần tử khí vẫn tiếp tục chuyển động, dẫn đến việc ống biến dạng hoàn toàn, nứt và bể do bị biến mỏng, với đường kính đạt 22,05mm.
Hình 5 11:Ống tạo hình ở mức nước 100%, nhiệt độ khuôn 120 0 C
Bảng 5 2: Kết quả thí nghiệm với lượng nước 100%, nhiệt độ khuôn 120 0 C
Khi nhiệt độ khuôn đạt 120 độ C, các phần tử chuyển động nhanh hơn, dẫn đến áp suất hơi nước tăng cao Điều này khiến ống bị biến dạng hoàn toàn và nứt do bị mỏng đi Vị trí có độ biến dạng lớn nhất của ống là 21,06 mm, 21,64 mm và 21,36 mm.
5.4.2 Kết quả thí nghiệm với lượng nước là 80%
Hình 5 12:Ống tạo hình ở mức nước 80%, nhiệt độ khuôn 120 0 C
Hình 5 13:Ống tạo hình ở mức nước 80%, nhiệt độ khuôn 190 0 C
Bảng 5 3: Kết quả thí nghiệm với lượng nước 80%, nhiệt độ khuôn 190 0 C
Khi mức nước đạt 80%, nhiệt độ cần thiết để ống biến dạng sẽ cao hơn, và thời gian chờ để ống biến dạng cũng kéo dài hơn Điều này xảy ra vì ở nhiệt độ thấp hơn, áp suất chưa đủ để gây ra biến dạng cho ống Đồng thời, với mức nước 80%, khoảng trống trong ống nhiều hơn, do đó cần đủ áp suất và thời gian để các phần tử khí di chuyển, gây ra biến dạng cho ống Ở nhiệt độ 190°C, ống biến dạng có đường kính lớn nhất là 21,88mm, với mức biến dạng đạt 17,73mm.
Hình 5 14:Ống tạo hình ở mức nước 80%, nhiệt độ khuôn 190 0 C
Bảng 5 4: Kết quả thí nghiệm với lượng nước 80%, nhiệt độ khuôn 205 0 C
Khi nhiệt độ khuôn đạt 120°C và mức nước 100%, sự gia tăng nhiệt độ dẫn đến tăng cường chuyển động của các phân tử nước, tạo ra áp suất lớn hơn, khiến ống nhanh chóng biến dạng Vị trí biến dạng lớn nhất ghi nhận là 22,41 mm và 21,88 mm.
5.4.3 Kết quả thí nghiệm với lượng nước là 60%
Hình 5 15: Ống tạo hình ở mức nước 60%, nhiệt độ khuôn 225 0 C
Hình 5 16:Ống tạo hình ở mứcnước 60%, nhiệt độ khuôn 225 0 C
Bảng 5 5: Kết quả thí nghiệm với lượng nước 60%, nhiệt độ khuôn 225 0 C
Khi mức nước giảm xuống 60%, ống cần đạt nhiệt độ cao hơn và thời gian chờ cũng kéo dài do khoảng trống trong ống tăng lên Độ biến dạng của ống dao động từ 16,63 đến 22,62mm.
Hình 5 17:Ống tạo hình ở mức nước 60%, nhiệt độ khuôn 235 0 C
Bảng 5 6: Kết quả thí nghiệm với lượng nước 60%, nhiệt độ khuôn 235 0 C
Nhận xét: Cũng tương tự trường hợp ống ở mức nước 80%, ở mức nước 60%
Nhận xét kết quả
Hình 5 18: Biểu đồ kết quả thí nghiệm
Hình 5 19: Các trường hợp nứt, vỡ của ống
Kết quả thí nghiệm cho thấy độ biến dạng của ống phụ thuộc vào mức nước, nhiệt độ và thời gian chờ Cụ thể, tại mức nước 100% và nhiệt độ khuôn 100°C, thời gian chờ để ống biến dạng hoàn toàn là 5 phút Ở mức nước 80% với nhiệt độ 190°C, thời gian chờ tăng lên 6 phút, trong khi ở mức nước 60% và nhiệt độ 225°C, thời gian chờ đạt 7 phút.
Vị trí phá hủy của ống xảy ra khi ống bị biến dạng hoàn toàn, dẫn đến nứt ở khu vực có biến dạng lớn nhất do ống bị mỏng Bên cạnh đó, nứt cũng xuất hiện tại góc của lõi khuôn (mẫu E8), nguyên nhân là do yếu tố góc bo và hình dạng của mẫu ống.
Ta thấy ở những trường hợp cùng mức nước 100% cùng ở nhiệt độ khuôn
Ở nhiệt độ 120°C, các ống đều bị nứt vỡ hoàn toàn, với các giá trị đường kính đo được khác nhau: D1: 21,06mm; D2: 21,64mm; D3: 21,36mm, do sai số nhiệt độ ±5°C, thời gian ±5s, và sai số chiều dài ống +0,5mm Tương tự, ở mức nước 80% với nhiệt độ khuôn 205°C, giá trị đường kính là D1: 22,41mm; D2: 21,88mm Ở mức nước 60% và nhiệt độ khuôn 235°C, giá trị đường kính đo được là F1: 22,27mm; F2: 22,4mm Ống biến dạng tốt nhất ở mức nước 100%, tại mức này thời gian chờ và nhiệt độ khuôn để ống biến dạng nhỏ hơn (100 – 120°C).
Ứng dụng một số mẫu đƣợc tạo hình
Phần 5.5 đã trình bày về các yếu tố lượng nước, thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình dập thủy tĩnh sử dụng hơi nước Dựa vào kết quả trên nhóm đã áp dụng và tiến thành tạo hình một số mẫu với những lượng nước là 100%, vật liệu là ống nhôm và ống đồng
Sau đây là một số ống đã đƣợc nhóm tạo hình:
Hình 5 20: Ống nhôm tạo hình ở nhiệt độ khuôn 181 0 C
Hình 5 21: Ống nhôm tạo hình ở nhiệt độ khuôn 128 0 C
Hình 5 22: Ống nhôm tạo hình ở nhiệt độ khuôn 150 0 C
Hình 5 23: Ống nhôm tạo hình ở nhiệt độ khuôn 160 0 C
Hình 5 25: Ống đồng tạo hình ở nhiệt độ khuôn 175 0 C.
Kết Luận
Hơi nước có khả năng làm biến dạng ống nhôm và ống đồng, đặc biệt hiệu quả với kim loại màu Quá trình này đạt hiệu quả tối ưu khi nhiệt độ nước đạt 100°C.
Các ống biến dạng ở các nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào vật liệu chế tạo Ví dụ, trong Hình 5.11 và 5.25, cùng một mẫu lõi khuôn nhưng nhiệt độ khuôn để ống biến dạng khác nhau: ống nhôm yêu cầu nhiệt độ 120°C, trong khi ống đồng cần nhiệt độ khác.
Ống nhôm biến dạng ở các nhiệt độ khác nhau, phụ thuộc vào kích thước và hình dáng Cụ thể, hình 5.21 thể hiện ống nhôm biến dạng ở nhiệt độ khuôn 128°C, hình 5.22 ở 150°C, hình 5.23 ở 160°C và hình 5.24 ở 179°C.
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng phương pháp sử dụng hơi nước để tạo hình ống rất hiệu quả Nếu được nghiên cứu sâu hơn, phương pháp này hoàn toàn có thể áp dụng vào sản xuất thực tế.
Kết quả thí nghiệm này sẽ là nền tảng quan trọng để áp dụng phương pháp vào sản xuất, đồng thời tạo điều kiện cho các nghiên cứu tiếp theo.
MÔ PHỎNG VỚI PHẦN MỀM PAM-STAMP 2G
Giớithiệu
Pam – Stam 2G là phần mềm mô phỏng quá trình tạo hình kim loại tấm, được phát triển bởi tập đoàn ESI của Pháp ESI Group là một trong những tập đoàn hàng đầu trong lĩnh vực mô phỏng và phân tích kỹ thuật dựa vào máy tính, cung cấp các giải pháp Virtual Prototyping cùng với nhiều sản phẩm phần mềm mô phỏng khác.
- ProCast: dùng để phân tích mô phỏng trong quá trình sản xuất khuôn đúc kim loại
- Pam-Stamp: dùng để phân tích mô phỏng quá trình tạo hình kim loại tấm
- Và nhiều sản phẩm khác đƣợc ứng dụng trong ngành trong nghiệp sản xuất xe, máy bay nhƣ: Pam-Crash, Pam-Comfort/visual Comfort, Visual-Medyasa, …
Pam-Stamp 2G là bộ phần mềm chuyên nghiệp dùng trong quá trình mô phỏng sự tạo hình kim loại tấm Các mô phỏng chính trong Pam-Stamp 2G bao gồm:
- Pam-Stamp Inverse: Dùng để ước tính kích thước vật liệu dập cần thiết và đánh giá tính khả thi của chi tiết rất nhanh chóng
- Pam-Diemaker: Dùng để thiết kế khuôn dập
- Deltamesh: Là một mô đun dùng để chia lưới
- Pam-QuickStamp: Dùng để phân tích tính khả thi của chi tiết
- Pam-AutoStamp: Dùng để xác nhận và tối ƣu hóa cho quá trình tạo hình kim loại tấm
Pam-Stamp 2G bao gồm việc mô phỏng các quá trình tạo hình trong kim loại chính nhƣ là:
- Dập vật liệu siêu dẻo (Super Plastic forming)
- Tạo hình thủy lực (Hydro forming)
Tối ƣu hóa các chức năng chỉnh sửa, nhƣ là:
- Bù khuôn (Die compensation) đƣợc kết hợp với sắp xếp cấu trúc bề mặt với iCapp PanelShop
- Tối ưu hóa Blank và các đường cắt (Trim line)
Chương này sẽ giới thiệu các bước mô phỏng quá trình tạo hình ống và phân tích kết quả để nhận diện các lỗi thiết kế sản phẩm Kết quả mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm chi phí và giảm thiểu thiệt hại trong quá trình thiết kế.
Mô phỏng
6.2.1.1 Tạo chương trình mới: Đặt các file cần mô phỏng dưới đây vào thư viện làm việc với các lựa chọn sau:
Tại thanhmenu chọn: Project > New > Project
Hình 6 1: Tạo một sản phẩm mô phỏng mới
6.2.1.2 Lưu thư mục mới tạo
1 Trong thư mục lưu trữ: chọn thư mục làm việc nơi để những thư mục dữ liệu
2 Đặt tên chương trình mới: “Forming”
Hình 6 2: Lưu trữ sản phẩm
4 Chọn“Standard stamping” ở mục“Process”
5 Chọn“PAM-AutoStamp” ở mục“Solver type”
Người dùng có thể lựa chọn các loại quá trình để mô phỏng, điều này giúp xác định các chức năng có sẵn của phần mềm Pam-Stamp 2G và loại bỏ mọi điều kiện không cần thiết trong chương trình.
Kiểu Solver: xác định loại dự án và người giải quyết sẽ được sử dụng Để tìm hiểu thêm về các loại Solver, vui lòng tham khảo Hướng dẫn.
Comment: (tùy chọn) để cung cấp thêm thông tin về dự án
Sử dụng phím tắt chế độ xem 3D:
1 Nhấn vào biểu tƣợng “folder”
Khi nhập mô hình CAD vào DeltaMESH, quá trình chia lưới sẽ diễn ra tự động và không hiển thị cho người dùng Sau khi hoàn tất việc chia lưới, một cửa sổ quy trình sẽ xuất hiện, cho phép người dùng thiết lập các quy tắc chuyển đổi mô hình từ DeltaMESH sang Pam-Stamp 2G.
1 Truy cập thƣ mục làm việc và chọn“1.igs” (hay chi tiết “Lower”)
2 Nhấp vào biểu tƣợng “Table” và chọn “Meshing”
3 Tại bảng “Meshing parameters”–nhấp “Size” – Maximum element size: nhập giá trị = 4
5 Nhấp “Import and Transfer” để nhập dữ liệu CAD vào DeltaMESH
Ở bước 4, việc nhập "Lower" xác định các phương pháp chia lưới cho công cụ mô phỏng Lựa chọn này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của công cụ được nhập và lưới chia Chẳng hạn, việc chọn chiến lược xác nhận sẽ mang lại công cụ chất lượng tốt hơn so với lựa chọn chiến lược khả thi.
8 Nhấn vào“Transfer” để di chuyển đối tƣợng nhập từ nguồn (Delta-MESH) tới đối tƣợng đích ở PAM-STAMP 2G
Các tùy chọn “Transfer” bao gồm việc gán các mô hình chuyển đổi cả 1 nhóm
Hình 6 7: Mô tả chi tiết “Lower”
6.2.2.2 Chuyển hướng chi tiết “Lower”:
1 Nhấn chọn biểu tƣợng “ Select All”
2 Tại bảng “Transformation” của bảng“Data Thiết lập” -> Chọn biểu tƣợng
3 Nhấn chọn biểu tƣợng “Tmp Plane”
6 Nhấn chọn“Transform” để chuyển đổi hướng “Lower”
Hình 6 8: Chuyển hướng chi tiết “Lower”
6.2.2.3 Nhập chi tiết “Upper” và“Tube”:
1 Lặp lại từ bước 1-> 7 tương tự như nhập chi tiết phần“nhập Lower”
2 Thay đổi“Objects Target” tại bước 8
Hình 6 9: Nhập chi tiết “Upper”
Hình 6 10: Nhập chi tiết “Tube”
Hình 6 11: Hoàn thành nhập chi tiết mô phỏng
6.2.3 Thiết lập thuộc tính cho đối tượng:
6.2.3.1 Thiết lập “Object type” cho từng chi tiết “Lower” –“Upper” –“Tube”
1 Nhấp chọn biểu tƣợng “Objects Attributes” tại bảng “Set-up data”/ “Set-up”
2 Đúp chuột vào chi tiết “Lower”
3 Tại bảng “Object type”-> Chọn “Surface Tool”
4 Nhấp chọn “OK” để hoàn thành
Hình 6 12: Thiết lập “Object type” cho chi tiết “Lower”
Hình 6 13: Thiết lập“Object type” cho chi tiết “Lower”
Làm tương tự với chi tiết “Upper” and “Tube”
Với chi tiết “Tube”– tại bước 3 – Chọn: “Surface Blank” tại bảng “Object type”
Hình 6 14: Chọn “Surface blank” cho “Tube”
Hình 6 15: Hoàn thành chọn “Object type” cho các chi tiết “Lower – Upper -
6.2.3.2 Chọn vật liệu cho chi tiết “Tube”:
1 Đúp chuột vào “Blank Definition”
3 Nhấp chọn biểu tƣợng “Open”
4 Chọn vật liệu thích hợp cho “Tube”
5 Chọn vật liệu thích hợp cho “Tube”
6 Nhấp chọn “ Apply”để đồng ý chọn vật liệu
8 Tại “Thickness” nhập giá trị 1.2
10 Nhấp chọn “ OK” để hoàn thành
Hình 6 16:Chọn vật liệu “Tube”
Hình 6 17: Chọn vật liệu cho “Tube”
Hình 6 18: Hoàn thành chọn vật liệu cho “Tube”
6.2.3.3Thiết lập “Activate objects” cho “Stage” - (Forming stage)
1 Nhấp chọn “Stage” tại bảng “Object Attributes”
3 Chọn tất cả -> Nhấn chọn “OK” để hoàn thành chọn
Hình 6 19: Thiết lập “Activate objects” tại “Stage” (“Forming stage”)
6.2.3.4Thiết lập thuộc tính cho “Lower”
Thiết lập thuộc tính “Cartesian kinematics”:
1 Nhấp chọn “Lower” tại “Stage”
2 Nhấp chọn “Add attributes” để thiết lập thuộc tính cho “Lower”
3 Tại bảng “Add object attribute” -> Chọn “Cartesian kinematics” ->Chọn “Add”
4 Nhấp chọn “All lock” để khóa toàn bộ hướng chuyển động của chi tiết “Lower”
Hình 6 20: Các bước thêm thuộc tính cho “Cartesian kinematics”
Hình 6 21: Bảng kết quả thuộc tính của “Cartesian kinematics”
6.2.3.5Thiết lập thuộc tính “Rigid Body” cho “Lower”:
1 & 2 Làm tương tự phần trên
3 Chọn “Rigid body” tại bảng “Add object attribute” -> Nhấp chọn “Add”
4 Nhấp chọn OK để thêm thuộc tính “Rigid body” cho “Lower”
Hình 6 22: Các bước thêm thuộc tính cho “Rigid body”
Hình 6 23: Kết quả thuộc tính của “Rigid body”
6.2.3.6 Thiết lập “Contact” cho “Lower”
1 & 2 Làm tương tự như phần trước
3 Chọn “Contact” tại bảng “Add object attribute” -> Nhấp chọn “Add”
4 Nhấp chọn icon “Add” => 5.Tại “Impenetrable by (salve)”: Chọn “Tube”
6 Tại “Friction coefficient”: nhập giá trị 0.12
7 Nhấp chọn “OK” để thêm thuộc tính cho “Contact”
8 Nhấp chọn “OK” để hoàn thành
Hình 6 24: Các bước thiết lập thuộc tính cho “Contact”
Hình 6 25: Kết quả thiết lập thuộc tính cho “Contact”
Hình 6 26: Kết quả thiết lập các thuộc tính cho chi tiết “Lower”
6.2.3.7Thiết lập thuộc tính cho chi tiết “Upper”
Làm tương tự chi tiết “Lower” ở cả 3 phần
Hình 6 27: Kết quả thiết lập các thuộc tính cho chi tiết “Upper”
6.2.3.8Thiết lập thuộc tính cho “Tube”:
Thiết lập “Refinement” cho “Tube”
Hình 6 28: Thiết lập “Refinement” steps
1 & 2 Làm tương tự như phần trước
3 Chọn “Refinement” tại bảng “Add object attribute “-> Nhấp chọn “Add”
4 tại “Maximal level”: nhập giá trị 3
5 Nhấp chọn “OK” để hoàn tất
Hình 6 29: Kết quả thiết lập thuộc tính “Refinement”
6.2.3.9Thiết lập thuộc tính “Pressure” cho “Tube”
1& 2 Làm tương tự như phần trước
3 Chọn “Pressure” -> Nhấp chọn “Add”
4 Nhấp chọn biểu tƣợng “Open Curve Plotter”
5 Nhấp chọn biểu tƣợng “Create Pre-process curve” để tạo thuộc tính áp suất
6 Tại “New Curve Name”: Nhập “pressure”
7 Nhập thông số của thời gian và áp suất trong bảng để tạo đường áp suất
8 Nhấp chọn “OK” để hoàn thành tạo đường áp suất
9 Nhấp chọn “OK” để thêm thuộc tính “pressure”
Hình 6 30: Các bước thiết lập thuộc tính cho “Pressure”
Hình 6 31: Result of “Tube” thuộc tính
Thiết lập thuộc tính cho “Global Object”
Thiết lập “Stage information”: Tại Global Object -> Nhấp chọn “Stage information” -> Chọn Stamping -> OK
6.2.3.10 Thiết lập các thuộc tính cho “Control”:
2 Chọn “Time” tại “Progression type”
3 Tại “progression”: Nhập giá trị 10
4 Chọn “Total number with value”: 10tại States
5 Chọn “Synchro with states” tại Restarts
6 Chọn “Total Number with value”: 1000 tại History
7.Nhấp chọn “OK” để hoàn tất thiết lập
Hình 6 33: Các bước thiết lập thuộc tính cho “Control”
6.2.3.11 Thiết lậpthuộc tính cho “CPU Control”
3 Chọn “CPU Control” -> Nhấp chọn “Add”
4 Gõ giá trị thích hợp tại “Velocity scale factor”
5 Nhấp chọn “OK” để hoàn tất
Hình 6 34: Các bước thiết lập thuộc tính cho “CPU control”
Hình 6 35: Các bước thiết lập thuộc tính cho “CPU control”
Hình 6 36: Bảng kết quả thuộc tính của “Global object”
6.2.3 Kiểm tra dữ liệu và kiểm tra hoạt động
1 Nhấp chọn biểu tƣợng “Data check” để xem lại quá trình thiết lập và các định nghĩa đối tƣợng Thông tin, lỗi và cảnh báo có thể đƣợc hiển thị trên màn hình này
2 Nhấp chọn “Close” khi không có lỗi nào hiển thị
3 Nhấp chọn biểu tƣợng “Kinematics check” để kiểm tra chuyển động
4 Nhấp chọn biểu tƣợng “Play”
5 Chọn “Close” sau khi kiểm tra các chuyển động hoàn tất
Hình 6 37:Kiểm tra dữ kiệu và kiểm tra hoạt động
6.2.4.1 Thêm một máy chủ mới vàxác định “Solver”
1 Nhấp chọn biểu tƣợng “Computation”
2 Nhấp chọn “Hosts” để mở “Hosts window”
Hình 6 38: Tạo máy chủ mới
1 Nhấp chọn biểu tƣợng “+” để tạo máy chủ mới
2 Nhập “DMP-SP” nhƣ một tên mới cho máy chủ xác định loại máy chủ (Local or Network) và hệ điều hành
3 Tại bảng “Machine”, thiết lập “Operating system” là Windows (64-bit), Chọn Local: Host
Hình 6 39:Tạo máy chủ mới
6 Trong bảng “Solver”, thiết lập “Pam-Stamp solver” ở loại “Solver”, “Distributed (DMP)” tại “Parallelism model” and “Single precision” tại “Precision”
7 Trong bảng “DMP” chọn “Automatic” tại “MPI library” và “MPI Directory”
Hình 6 40:Tạo máy chủ mới
9 Nhập đường dẫn đến tập lệnh trình biên dịch PAM-STAMP “(Installation- directory)/Binary-64Bit/Solver/pamstamp.bat”
Hình 6 41: Tạo máy chủ mới
1 Trong “Solver/Start menu”, Chọn Solver yêu cầu là “DMP-SP”
3 Chọn the “Number of processors” và chọn “OK”
4 Nhấp chọn OK trong “Message windows” để bắt đầu mô phỏng
5 Một cửa sổ thông báo sẽ xuất hiện khi mô phỏng hoàn tất.
Kết quả mô phỏng
Áp suất được đo bằng đơn vị GPA, trong khi thời gian được tính bằng giây Cả áp suất và thời gian đều được thiết lập trong quá trình mô phỏng như thể hiện trong hình 6.43.
Hình 6 43 :Áp suất và thời gian mô phỏng
6.3.1 Kết quả mô phỏng với mẫu 1
Hình 6 44: Độ dày của mẫu 1
Bề dày tối đa của ống sau khi biến dạng đạt 1,164mm, trong khi bề dày tối thiểu là 0,837mm, cho thấy ống vẫn chưa biến dạng hoàn toàn Nguyên nhân chính là do lỗi thiết kế, vì vậy cần khắc phục bằng cách bo cạnh cho lõi khuôn nhằm đạt được sự biến dạng tốt nhất theo mong muốn.
Lực căng (lực kéo) chủ yếu tập trung tại phần lõm của lõi khuôn, nơi xảy ra biến dạng nhiều nhất Giá trị lực căng lớn nhất ghi nhận là 0.332, trong khi giá trị nhỏ nhất là 0.046.
Hình 6 45: Lực căng chính lớn nhất của mẫu 1 Ứng suất chính lớn nhất:
Ứng suất chính lớn nhất trong sản phẩm được tập trung chủ yếu ở phần mỏng nhất, nơi có nguy cơ nứt vỡ cao nhất Giá trị ứng suất lớn nhất là 0.022, trong khi giá trị nhỏ nhất là -0.012.
6.3.2 Kết quả mô phỏng với mẫu 2 Độ dày:
Hình 6 47: Độ dày của mẫu 2
Hình 6 48 : Lực căng chính lớn nhất của mẫu 2 Ứng suất chính lớn nhất:
Hình 6 49: Ứng suất chính lớn nhất của mẫu 3
6.3.3 Kết quả mô phỏng với mẫu 3 Độ Dày:
Hình 6 50: Độ dày của mẫu 3
Hình 6 51: Lực căng chính lớn nhất của mẫu 3 Ứng suất:
Hình 6 52: Ứng suất chính lớn nhất của mẫu 3
6.3.4 Kết quả mô phỏng với mẫu 4 Độ dày:
Hình 6 53: Độ dày của mẫu 4
Hình 6 54: Lực căng chính lớn nhất của mẫu 4 Ứng suất:
Hình 6 55: Ứng suất chính lớn nhất của mẫu 4.
Kết Luận
Kết quả mô phỏng của các mẫu cho thấy sự tương đồng, cho phép xác định độ dày, lực căng và ứng suất của sản phẩm Qua đó, quá trình này giúp phát hiện các lỗi thiết kế, từ đó giảm thiểu thiệt hại và chi phí trong sản xuất.
