(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thông số hình học của hệ thống khuôn ảnh hưởng đến chất lượng lỗ đột

TỔNG QUAN

Tổng quan chung gia công áp lực

Các nước phát triển hiện nay đều có nền công nghiệp mạnh mẽ, trong đó phương pháp chế tạo bằng áp lực đóng vai trò quan trọng Các phương pháp chính bao gồm cán, kéo, ép, rèn tự do, dập thể tích và dập tấm Cán là quá trình biến dạng kim loại giữa hai trục khuỷa, giúp tạo ra hầu hết các sản phẩm kim loại trên thị trường Kéo là phương pháp làm giảm tiết diện ngang của phôi kim loại khi kéo qua lỗ khuôn, trong khi ép sử dụng chày để tạo hình sản phẩm từ kim loại nóng Rèn tự do cho phép tạo ra các chi tiết với hình dạng và kích thước chính xác theo yêu cầu Dập thể tích thực hiện biến dạng trong lòng khuôn dập và thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt, còn dập tấm chủ yếu chế tạo chi tiết phôi dạng tấm ở trạng thái nguội.

Nhu cầu phát triển trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp và công nghệ thông tin đang gia tăng, đặc biệt là đối với các sản phẩm thiết yếu như điện tử, máy tính, và xe máy Công nghệ gia công áp lực đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu này, với sự phát triển của các vật liệu mới có tính đàn hồi cao và chi tiết kết cấu phức tạp Để tối ưu hóa quy trình sản xuất, các công nghệ như dập vật liệu đàn hồi và dập thủy tĩnh đang được áp dụng Trong bối cảnh cạnh tranh gay gắt, việc giảm thiểu chi phí và tăng giá trị cho người tiêu dùng trở nên quan trọng, đòi hỏi các nhà đầu tư phải quản lý rủi ro hiệu quả Công nghệ thông tin và phần mềm đóng góp vai trò cốt lõi, với các ứng dụng phân tích như CAE và các phần mềm mô phỏng như Ansys và Abaqus giúp xác định hạn chế và tối ưu hóa quy trình Hệ thống sản xuất đám mây cũng được tích hợp để kết nối khách hàng, điều khiển từ xa, giảm thời gian thử nghiệm và chi phí thực nghiệm, đồng thời ngăn ngừa rủi ro trong tương lai.

Công nghệ dập tấm là phương pháp gia công áp lực hiện đại, cho phép chế tạo các chi tiết từ thép tấm cuộn và thép bản Phương pháp này có thể thực hiện trong cả hai trạng thái nóng và nguội, trong đó dập tấm nguội là phổ biến nhất.

Hiện nay công nghệ dập tấm đƣợc chia thành 3 nhóm chính đó là dập cắt vật liệu, dập thay đổi hình dáng phôi, dập liên hợp

Dập cắt vật liệu là quá trình tạo hình các chi tiết bằng cách biến dạng và phá hủy một phần vật liệu, tách rời nó khỏi phần khác.

Trong quá trình dập cắt, có nhiều phương pháp khác nhau bao gồm cắt phôi, cắt hình, đột lỗ, cắt trích, cắt chia, cắt tinh và cắt phi kim loại.

Dập tấm và khuôn là quá trình thay đổi hình dạng phôi thông qua các phương pháp như dập uốn, dập vuốt, dập tạo hình và dập ép Quá trình này dựa trên sự biến dạng dẻo của vật liệu, thường đi kèm với sự dịch chuyển và phân bố lại của các chi tiết.

Dập liên hợp là quá trình kết hợp giữa cắt và tạo hình trong cùng một hệ thống khuôn dập, trong đó vật liệu phôi được tách ra và sau đó được tạo hình Quá trình này bao gồm các phương pháp như dập phối hợp, dập liên tục và dập phối hợp liên tục.

Hình 1.5: Sản phẩm dập liên hợp và khuôn tổ hợp

1.1.2 Công nghệ dập tạo hình khối

Công nghệ tạo hình khối là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, tận dụng tính dẻo của kim loại để lấp đầy khuôn và sản xuất các sản phẩm với hình dạng và kích thước mong muốn.

Công nghệ rèn là quá trình biến dạng kim loại, sử dụng các công cụ đơn giản hoặc thiết bị tạo áp lực, nhằm thay đổi một phần hoặc toàn bộ thể tích của kim loại ở nhiệt độ thích hợp.

Hình 1.7: Sản phẩm công nghệ dập phôi nóng

Công nghệ dập hình khối

Công nghệ rèn Công nghệ dập khối

Dập khối trên khuôn hở

Dập khối trên khuôn kín Ép chày, kéo dây

Công nghệ dập khối bao gồm các phương pháp như dập khối khuôn hở, khuôn kín, ép chày và kéo dây Dập khối trên khuôn hở tạo ra phôi có vành biên, trong khi dập khối trên khuôn kín không tạo ra vành biên.

Hình 1.8: Công nghệ dập khối khuôn hở

Tình hình nghiên cứu

Các công trình kiến trúc kiệt tác của nhân loại bao gồm những vật dụng trang trí bằng vàng, bạc và đồ gia dụng của các triều đại vua chúa, thể hiện tính thẩm mỹ cao Các nhà khảo cổ đã phát hiện ra những công cụ của con người, chứng minh rằng nhân loại đã hiểu và sử dụng công nghệ gia công áp lực từ rất lâu, thậm chí trước công nguyên.

Nhân loại đã trải qua nhiều biến cố lịch sử và cuộc đấu tranh, điều này thúc đẩy các đế chế tự bảo vệ hoặc xâm lược Sự phát triển mạnh mẽ của vũ khí và các ngành công nghiệp hỗ trợ chế tạo vũ khí là điều tất yếu Khi cuộc sống con người trở nên phồn thịnh, nhu cầu về thẩm mỹ, tính đa năng, tiết kiệm thời gian và công nghệ thông tin cũng ngày càng gia tăng, yêu cầu sự phát triển của gia công áp lực theo hướng hiện đại.

Các sản phẩm gia công áp lực hiện nay không thể không nhắc đến các hãng như Amada, Komatsu, Kingland, Haco và YSD, với khả năng đạt áp lực lên đến 160,000 tấn hoặc hơn Vào năm 1784, James Watt, một nhà phát minh người Scotland, đã tạo ra máy dập búa chạy bằng hơi nước đầu tiên, dựa trên hệ thống hơi nước và đầu búa Phát minh này đã đặt nền móng cho sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí và thúc đẩy nhiều sáng chế liên quan nhờ vào công cụ máy dập.

Thế kỷ 15 thì Romans phát minh ra dạng gia công áp lực bằng trục vít xoắn (Screw Press)

Năm 1795 được Bramah Press phát minh tại nước Anh dựa trên nguyên tắc Pascal đối vơi dung dịch chất lỏng

Vào năm 1872, John Wesley Hyatt cùng với em trai đã phát minh ra phương pháp gia công nhựa nóng, trong đó nhựa nóng được phun vào khuôn và ép lại để tạo hình.

Năm 1890 thì công nghệ Stamping đƣợc áp dụng tại Mỹ với hãng Ford Motor company thay thế cho gia công ép và giảm chi phí rất nhiều

Vào năm 1950, Milton Garvin đã phát minh ra công nghệ dập thủy tĩnh tại Mỹ, đóng góp quan trọng cho ngành công nghiệp ô tô và sản xuất các chi tiết dạng ống cũng như các bộ phận phức tạp Ngày nay, công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Công nghệ dập thủy tĩnh, theo nghiên cứu của hãng UNIPUNCH PRODUCT tại Mỹ, cho thấy rằng hở tối đa cho vật liệu mềm là 20% chiều dày với lực tác dụng của chày là 50,000 PSI Đối với vật liệu đồng, đồng thau và nhôm mềm, hở tối đa là 15% chiều dày, trong khi đối với inox, tỷ lệ này là 25% chiều dày (bảng 1.1).

Bảng 1.1: Bảng tra khe hở chung của nhóm kim loại Unipunch Product

Blanking Total Die clearance % Aluminum

Less than 2.5mm 2.5mm to 5.0mm Greater than 5.0mm

Less than 3.0mm 3.0mm to 6.0mm Greater than 6.0mm

Less than 1.5mm 1.5mm to 2.8mm 2.8mm to 4.0mm Greater than 4.0mm

Note: 1) in General: Shear Strength determine Clearance

(10% is already good for low shear strength for Aluminum )

2) Minimum die clearance recommended: 0.08mm

Theo thông tin từ hãng ROBOVENT ICE tại Mỹ, bảng thông số chung đã được đưa ra để xác định khe hở hợp lý giữa chày và cối cho các nhóm vật liệu như thép nhôm, thép mềm và thép cứng Kết quả nghiên cứu này được trình bày trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: Bảng tra khe hở chung của nhóm kim loại Robovent Ice

Theo hãng Dayton Lamina corporation [4,8,18,19,20] tại Mỹ cũng đƣa ra thông số chung về khe hở giữa chày và cối cho các nhóm thép cho bảng khe hở (hình 1.3)

Bảng 1.3: Bảng tra khe hở chung của nhóm kim loại Blusope

Theo hãng Misumi thì cũng đƣa ra thông số chung các loại vật việu về Blanking clearance [5,18,19,20]

Bảng 1.4: Bảng tra khe hở chung của nhóm kim loại Mitsumi

[table 1] Blanking clearance for different materials (as a % with respect to plate thickness)

Material Precision blanking Ordinary blanking

Các nghiên cứu của các hãng sản xuất lớn trên thế giới chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu khe hở cơ bản cho các nhóm vật liệu chính, nhưng gặp khó khăn trong việc xác định chính xác loại vật liệu thực tế Quá trình sản xuất vật liệu rất phức tạp, liên quan đến nhiều thành phần và hàm lượng hóa học khác nhau Hơn nữa, chất lượng vật liệu còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, nhiệt độ, con người và thiết bị kiểm soát, dẫn đến việc chất lượng không bao giờ đồng nhất và chỉ có thể kiểm soát theo tiêu chuẩn chung.

Sau thời kỳ mở cửa, Việt Nam đã chú trọng vào công nghiệp hóa, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp và phát triển các làng nghề thủ công Tuy nhiên, ngành cơ khí vẫn chủ yếu sử dụng công cụ và máy móc lạc hậu Mặc dù nhiều bạn trẻ có cơ hội tiếp xúc với công nghệ mới từ các tập đoàn lớn như Nidec, Intel, Schindler, và Bosch, nhưng họ chỉ được phép ứng dụng công nghệ có bản quyền, không thể áp dụng cho doanh nghiệp trong nước Hơn nữa, nhiều kỹ sư thạc sĩ nghiên cứu các lĩnh vực cải tiến nhưng thiếu kinh phí để phát triển thêm Tình hình nghiên cứu trong gia công áp lực tại Việt Nam hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế.

Nguyễn Văn Thành, Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Đắc Trung và Nguyễn Thị Thu đã nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở giữa chày và cối trong công nghệ dập thủy cơ tại hội nghị khoa học công nghệ cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ 2, cho thấy miền làm việc và các thông số ảnh hưởng đến độ chính xác hình học của sản phẩm, đồng thời xây dựng mối quan hệ giữa các thông số thông qua các mô hình toán Đinh Văn Duy từ Viện Nghiên cứu Cơ khí thuộc Bộ Công Thương đã nghiên cứu công nghệ dập tạo hình đồng thời cặp chi tiết dạng tấm mỏng bằng nguồn chất lỏng áp suất cao, cho thấy lực chặn phôi và áp suất lòng cối quyết định khả năng tạo hình thành công, trong khi thông số dụng cụ như bán kính góc lượn ảnh hưởng đến mức độ biến mỏng của sản phẩm sau gia công.

Tính cấp thiết của đề tài

Công ty TNHH SCHINDLER VIỆT NAM hiện đang đối mặt với vấn đề Bavia nghiêm trọng trên viền lỗ, dẫn đến tai nạn trong quá trình mài và tăng chi phí nhân công cũng như nguyên liệu, ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh Mặc dù đã tập trung tối ưu hóa các thông số kỹ thuật như độ cứng, canh chỉnh khuôn và quy trình, nhưng chất lượng sản phẩm BRACKET vẫn chưa được cải thiện đáng kể Các yếu tố như khe hở giữa chày và cối, góc cắt của chày, và chiều cao lỗ thoát phoi có thể gây ra Bavia nếu không được điều chỉnh hợp lý, đặc biệt với vật liệu thép DIN AISI 1015 Do đó, tôi đã chọn nghiên cứu “Thông số hình học của hệ thống khuôn ảnh hưởng đến chất lượng lỗ đột” nhằm tìm ra các thông số hình học tối ưu trong thiết kế khuôn cho vật liệu thép dày 10 mm theo tiêu chuẩn DIN AISI 1015.

Mục tiêu nghiên cứu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích ảnh hưởng của các thông số như khe hở giữa chày và cối, góc cắt giữa chày và cối, cùng với chiều cao lỗ thoát phoi của cối Qua đó, nghiên cứu nhằm tìm ra bộ thông số hình học tối ưu cho hệ thống khuôn, từ đó nâng cao chất lượng lỗ đột sản phẩm.

“Bracket” tại Công Ty TNHH SCHINDLER VIỆT NAM

Chất lượng lỗ đột sản phẩm “Bracket” phải có kích thước chiều cao bavia nhỏ hơn 0.35mm

- Xác định các biến dạng của Bracket bằng mô phỏng và thực nghiệm

- Xử lý số liệu thực nghiệm, tìm ra thông số hình học tối ƣu trong gia công lỗ đột (Bracket)

- Thiết kế khuôn với thông số tối ƣu nhằm nâng cao khả năng đột tạo lỗ cho Bracket

- So sánh, đánh giá kết quả mô phỏng và kết quả thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được ứng dụng để phân tích quá trình tạo hình và xử lý nhiệt trong gia công kim loại Đề tài này sử dụng phần mềm DEFORM 3D để mô phỏng biến dạng trong quá trình đột lỗ, cho phép kiểm nghiệm các điều kiện trên máy tính một cách nhanh chóng và dễ dàng thông qua các giả lập “Nếu-thì” Việc này không chỉ cải thiện thiết kế dụng cụ và khuôn mẫu mà còn giúp tiết kiệm thời gian trong quá trình sản xuất.

Sử dụng phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố giúp xác định phương trình hồi quy thực nghiệm, từ đó tối ưu hóa các thông số trong thiết kế khuôn.

Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu và sản phẩm

Đối tượng nghiên cứu bao gồm các thông số như khe hở giữa chày và cối, góc cắt, cũng như chiều cao lỗ thoát phoi, tất cả được thực hiện với vật liệu cố định có độ dày 10mm.

Nghiên cứu này tập trung vào nguyên công đột tạo hình lỗ Oval kích thước 17.5x147.5 của sản phẩm Bracket tại công ty Schindler Việt Nam Vật liệu được sử dụng là thép AISI 1015, với nhiệt độ môi trường dập là 25 độ C, và quá trình dập được thực hiện trên máy dập trục khuỷa.

160 tấn với tốc độ dập 200mm/s

Bracket là thiết bị quan trọng trong thang máy, có chức năng kẹp giữ thanh Rail một cách chắc chắn Sản phẩm này cho phép điều chỉnh kích thước dễ dàng trong quá trình lắp ráp nhờ vào các lỗ dập được thiết kế với nhiều vị trí và cặp lỗ đồng tâm.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này xây dựng mô hình hóa mối quan hệ giữa các thông số như khe hở giữa chày và cối, góc cắt, và chiều cao lỗ thoát phoi, ảnh hưởng đến khả năng tạo hình lỗ đột trên sản phẩm dạng tấm với các loại vật liệu khác nhau Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp SCHINDLER VIỆT NAM giảm thiểu tai nạn lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm, mà còn tiết kiệm chi phí, mang lại hiệu quả cho khách hàng Thêm vào đó, nghiên cứu này còn hỗ trợ phát triển các thông số thiết kế cho từng loại vật liệu và độ dày khác nhau, tạo thành một sổ tay hữu ích cho việc thiết kế.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại

Tất cả các phương pháp gia công áp lực (GCAL) đều dựa trên quá trình biến dạng dẻo, trong đó vật liệu thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác dụng của ngoại lực mà không mất đi sự liên kết bền chặt Khả năng thực hiện biến dạng dẻo là một đặc tính quan trọng của kim loại Quá trình biến dạng kéo của kim loại được xác định như sau:

A 0 (2.1) ε = ∆l l 0 (2.2) 𝜎: ứng suất, F: lực tác dụng, 𝐴 0 : tiết diện ban đầu, ε: biến dạng kéo,𝑙 0 :kích thước ban đầu, ∆l: độ biến dạng dài

Biến dạng dẻo trong vật liệu được hình thành chủ yếu thông qua hai cơ chế: biến dạng trượt và biến dạng song tinh Biến dạng trượt xảy ra khi mẫu đơn tinh thể bị kéo, dẫn đến sự xuất hiện các mặt trên bề mặt mẫu, cho thấy sự trượt giữa các phần tinh thể Quá trình trượt này chủ yếu diễn ra trên những bề mặt và theo các phương nhất định, được gọi là mặt trượt hoặc phương trượt.

Khi ứng suất tiếp đạt đến giá trị tới hạn, một phần của mạng tinh thể trong đơn tinh thể sẽ bị xê dịch đến vị trí mới, tạo thành biến dạng song tinh Điều này xảy ra qua một mặt phẳng được gọi là mặt song tinh, nơi mà phần xê dịch đối xứng với phần còn lại của mạng tinh thể.

Hình 2.2: Song tinh trong mạng tinh thể

*Cơ chế biến dạng dẻo

Cơ chế trượt trong biến dạng dẻo diễn ra thông qua quá trình trượt hoặc song tinh, nơi hai phần nhỏ của mạng tinh thể chuyển dịch song song tương đối Quá trình này xảy ra theo một mặt và phương nhất định, ưu tiên cho những mặt và phương có góc định hướng thuận lợi với ngoại lực, nhằm đảm bảo rằng ứng suất tiếp lớn nhất trên mặt và phương đó vượt quá giá trị tới hạn.

Trượt là quá trình chuyển động tương đối của hai phần tinh thể, tạo thành dải trượt giữa các mặt mà không có biến dạng ở vùng trung gian Khoảng cách giữa các mặt trượt khoảng 1 angstrom, trong khi khoảng cách giữa các lớp nguyên tử từ 1-10 angstrom Quá trình trượt xảy ra trên một mặt phẳng có chiều dày bằng đường kính nguyên tử, song song với mặt tinh thể, và chỉ diễn ra trên một số mặt và phương tinh nhất định Những mặt này thường có mật độ tinh thể dày đặc, nơi lực liên kết nguyên tử mạnh nhất Để trượt xảy ra, cần khắc phục lực tác dụng tương hỗ giữa các mặt tinh thể, và phương trượt là phương có khoảng cách giữa hai nguyên tử nhỏ nhất.

Hình 2.4: Mặt trượt và phương trượt, biểu đồ Schmid Theo Schimid ứng suất trƣợt đƣợc tính theo công thức: τ = A F o + Cosϕ Cosλ (2.3)

Hệ trƣợt đƣợc hoạt động khi τ =σ.Cosϕ.Cosλ = τC(2.4) Φ: Phương của lực và phương tinh thể λ: Phương của lực và mặt tinh thể

A o : Diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu

Hệ trượt hoạt động khi ứng suất tiếp tác động vượt quá giá trị ứng suất tiếp tới hạn, phụ thuộc vào kích thước tinh thể, nhiệt độ và độ sạch của vật liệu Vật liệu có cấu trúc lập phương diện tâm thường có τ c nhỏ hơn so với vật liệu lập phương thể tâm Đặc biệt, vật liệu càng sạch và hạt càng nhỏ thì giới hạn đàn hồi càng giảm, dẫn đến τ c cũng giảm theo.

Ứng suất giới hạn phụ thuộc vào kiểu mạng và nhiệt độ, ảnh hưởng đến ứng suất trượt tới hạn dựa trên cấu trúc vật liệu Độ sạch của một số kim loại nguyên chất ở nhiệt độ thường cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính cơ học của chúng.

Bảng 2.1: Các giá trị ứng suất ứng với vật liệu

Giá trị ứng suất tới hạn biến đổi theo nhiệt độ và độ sạch của Niken ghi ở bảng

Trong nghiên cứu, đã đƣa ra công thức tính ứng suất trƣợt tới hạn phụ thuộc thành phần, với đơn tinh thể mạng lập phương diện tâm

Hình 2.6: Biến dạng dẻo của mạng tinh thể do trƣợt

Hình 2.7: Hệ trượt của ba dạng tinh thể thường gặp Đặc điểm của trƣợt:

+ Trượt chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp

+ Phương mạng không thay đổi trong suốt quá trình trượt

+ Mức độ trượt là bội số của khoảng cách nguyên tử theo phương trượt

+ Ứng suất tiếp để gây ra trƣợt không lớn

Hình 2.8: Trượt ở đơn tinh thể dưới tải trọng kéo Nguyên nhân xảy ra trƣợt:

Biến dạng dẻo xảy ra do sự dịch chuyển của các khuyết tật mạng, cụ thể là chuyển dịch của các lệch mạng Trong thực tế, có nhiều dạng xô lệch mạng, và ở đơn tinh thể, khi có tác động của ngoại lực, biến dạng diễn ra theo cơ chế trượt dọc theo các mặt trượt có mật độ nguyên tử lớn Kim loại có hệ số trượt cao thường có tính dẻo lớn, do đó dễ dàng bị biến dạng.

Các dạng sai lệch trong mạng tinh thể như lệch điểm, lệch đường, lệch mặt, lệch hỗn hợp

Các khuyết tật của lệch điểm 1-Nút trống; 2-Nguyên tử xen kẽ 3-Nguyên tử thay thế; 4-Nguyên tử ngoại lai a) lệch biên b) lệch xoắn c) lệch hỗn hợp

Khi chịu tác động của ngoại lực, vật thể không chỉ thay đổi về hình dáng và kích thước mà còn làm mất đi liên kết ban đầu giữa các nguyên tử Quá trình phá hủy xảy ra khi các mối liên kết giữa các nguyên tử bị nứt, gãy hoặc vỡ do ứng suất kéo.

Hình 2.10: Đường cong ứng suất biến dạng trong thí nghiệm kéo

𝜎 𝐶 : Giới hạn chảy; 𝜎 𝐵 : Giới hạn bền kéo, O'K': Biến dạng đàn hồi; OO': Biến dạng dẻo

2.1.3 Biến dạng dẻo đa tinh thể

Kim loại và hợp kim bao gồm nhiều đơn tinh thể, được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong cấu trúc đa tinh thể, biến dạng dẻo diễn ra dưới hai hình thức: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt Biến dạng trong nội bộ hạt chủ yếu do hiện tượng trượt và song tinh gây ra Quá trình trượt bắt đầu ở các hạt tạo với hướng ứng suất chính một góc khoảng 45º, sau đó lan rộng ra các mặt khác.

Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng Khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau

Hình 2.11: Trƣợt trong hạt và đa tinh thể

2.1.4.1 Ứng suất trên các mặt tọa độ

Hình 2.12: Ứng suất trên các mặt tọa độ

Có tổng cộng 9 ứng suất tác dụng, bao gồm 3 ứng suất pháp và 6 ứng suất tiếp, có thể được biểu diễn dưới dạng ma trận Cụ thể, các thành phần ứng suất bao gồm σ xx, σ xy, σ xz, σ yx, σ yy, σ yz, σ zx, σ zy và σ zz Trong hệ tọa độ trụ, vị trí của một điểm được xác định bởi các tọa độ (ρ, β, z), do đó cũng có 9 thành phần ứng suất tác dụng lên các mặt của một phân tố thể tích.

Viết chúng dưới dạng ma trận σ ρρ σ ρθ σ ρz σ θρ σ θθ σ θz σ Zρ σ zθ σ zz

Trong hệ tọa độ, vị trí của một điểm được xác định bởi các tọa độ (ρ, Θ, z), do đó có 9 thành phần ứng suất tác động lên các mặt của một phân tố thể tích.

Viết chúng dưới dạng ma trận σ ρρ σ ρθ σ ρφ σ θρ σ θθ σ θφ σ φρ σ φθ σ φφ

Trong 6 thành phần ứng suất tiếp chỉ có 3 thành phần độc lập τ xy = τ yx ; τ xz = τ zx ; τ zy = τ yz ; Viết chúng dưới dạng ma trận σ x τ xy τ xz

2.1.4.2 Ứng suất trên mặt phẳng nghiêng

Hình 2.13: Ứng suất trên mặt phẳng nghiêng

Vị trí của ứng suất được xác định thông qua các Cosin chỉ phương, với công thức cos ∝= cos N, x = a x cos β = cos N, y = a y cos γ = cos N, Z = a γ Khi biết thành phần ứng suất trên ba mặt vuông góc, ta có thể tính toán ứng suất trên bất kỳ mặt nghiêng nào đi qua điểm đó Điều này cho thấy ứng suất tại điểm đó hoàn toàn có thể xác định được.

Hãy đặt một vecto r lên phương pháp tuyến N của mặt phẳng nghiêng bất kỳ nào đó, độ lớn của vecto thỏa mãn điều kiện: r = σ A n (2.5)

Nếu trạng thái ứng suất tại một điểm được xác định bởi các ứng suất chính, ta có thể sử dụng các biểu thức đã biết để xác định ứng suất trên mặt phẳng nghiêng bất kỳ.

2.1.5 Điều kiện dẻo và quá trình biến dạng dẻo Điều kiện dẻo là điều kiện để kim loại quá độ từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái dẻo Đây thực chất là những giả thiết vì vậy phải đƣợc kiểm chứng bằng thực nghiệm [9,17]

Hình 2.14: Vòng tròng Mohr ứng suất

2.1.6 Tính dẻo của vật liệu và trở lực biến dạng

2.1.6.1 Tính dẻo của vật liệu

Tính dẻo của vật liệu là khả năng chịu tác dụng của ngoại lực để biến dạng dẻo mà không bị phá huỷ

Cơ sở lý thuyết công nghệ dập tấm

Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm là phương pháp tạo ra các chi tiết với hình dạng và kích thước mong muốn từ kim loại tấm thông qua quá trình biến dạng phôi kim loại bằng các khuôn dập chuyên dụng Ưu điểm của công nghệ này bao gồm khả năng sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao, tiết kiệm nguyên liệu và thời gian, cũng như giảm thiểu các bước gia công sau.

 Năng suất cao và tiết kiệm thời gian sản xuất

 Có thể tạo ra đƣợc các chi tiết phức tạp

 Nâng cao cơ tính của kim loại không thông qua nhiệt độ và ít ảnh hưởng bởi tác nhân khác

Hệ số sử dụng nguyên vật liệu trong công nghệ này có thể đạt từ 80-90%, thậm chí lên đến 100%, trong khi phương pháp gia công cơ khí chỉ đạt 50-60%.

Nhƣợc điểm của công nghệ dập tấm:

 Đầu tƣ ban đầu lớn (khuôn, thiết bị) do đó chỉ thích hợp với gia công cơ khí hàng loạt

 Yêu cầu đội ngũ kỹ sƣ và công nhân lành nghề xử lý về vấn đề thiết kế và canh chỉnh máy móc

 Tính toán công nghệ phức tạp

Dựa vào đặc điểm biến dạng chia thành 2 nhóm chính:

Nhóm nguyên công cắt vật liệu là quá trình tạo hình các chi tiết bằng cách biến dạng phá hủy vật liệu, trong đó một phần vật liệu được tách ra khỏi phôi.

Nhóm nguyên công biến dạng dẻo vật liệu tập trung vào việc tạo ra chi tiết thông qua quá trình biến dạng dẻo của vật liệu, trong đó thường xảy ra sự dịch chuyển và phân bố lại của kim loại.

Hình 2.16: Quy trình đột lỗ Lĩnh vực áp dụng:

Công nghệ cơ khí dập tấm đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quốc phòng, y tế, xây dựng, và chế tạo máy nông nghiệp Ngoài ra, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp dệt may, điện và điện tử.

Sản phẩm phong phú, gần gũi với đời sống con người bao gồm các vật dụng gia đình và phương tiện đi lại Đặc điểm nổi bật của công nghệ dập tấm mang lại nhiều lợi ích cho sản xuất và thiết kế.

Dập bằng chày bán nguyệt lõm là phương pháp phân bố lực cắt đều, tiếp xúc đầu tiên tại hai mặt cao nhất của bán nguyệt Thép được cắt từ hai bên mép vào trong, giúp tạo ra sản phẩm có độ dày mỏng với lỗ cắt có hình dạng rất đẹp.

Hình 2.17: Chày bán nguyệt lõm

Dập bằng chày bán nguyệt lồi phân bố lực cắt từ tâm chày, tạo ra một đường thẳng vuông góc với mặt bên của chày Phương pháp này yêu cầu lực rất lớn và thường chỉ áp dụng cho một số chi tiết máy có kết cấu đặc biệt.

Dập bằng chày nghiêng là phương pháp hiệu quả cho sản phẩm có chu vi lỗ đột dài, với lực tính toán lý thuyết lớn Khi chày nghiêng, quá trình chuyển sang cắt kéo giúp lực cắt được phân bố đồng đều và liên tục tại từng điểm.

Dập bằng chày phẳng chủ yếu được sử dụng để đột lỗ tròn, bởi vì trong cơ cấu chi tiết máy, lỗ tròn yêu cầu độ chính xác cao hơn so với lỗ oval và không thể dịch chuyển Phương pháp này không chỉ định vị chi tiết mà còn thực hiện quá trình đột Mặt cắt được phân bố đều trên diện tích hình tròn của chày, đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong sản phẩm.

Hình 2.20: Quá trình dập tấm với chày tiết diện phẳng

Hình 2.21: Quá trình dập tấm với chày tiết diện nghiêng (cắt kéo)

Quá trình dập tấm với chày bán nguyệt lõm bao gồm hai loại khuôn: khuôn có chặn phôi và khuôn không chặn phôi Trong khuôn không chặn phôi, lực tác dụng vào phôi chủ yếu đến từ chày, không phải từ tấm kẹp Loại khuôn này thường được sử dụng trong gia công lỗ đơn và cho các tấm kim loại có độ dày mỏng.

2.2.3 Cấu tạo của khuôn dập tấm

Kết cấu cơ bản của khuôn đột dập tấm:

Hình 2.23: Kết cấu khuôn dập tấm

2.2.4.1 Chức năng của các thành phần trong khuôn dập tấm

Cuống chày là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động của máy, có chức năng truyền lực dập Nó được lắp đặt vào máy và có nhiều lỗ để bắt, số lượng lỗ này phụ thuộc vào đường kính của cuống chày tấm chặn chày.

Tấm chặn chày: chức năng nhận toàn bộ lực dập và nhận phản lực từ chày, ngoài ra còn có chức năng bắt ty giữ phôi

Tấm định vị chày: chức năng định vị cho chày, chốt dẫn hướng, ty tấm giữ phôi và nhận toàn phản lực từ tung cao su hay lò xo

Chày: chức năng thực hiện cắt phôi

Ty dẫn hướng: chức năng định vị cho khuôn cứng vững và không lệch tâm giữa chày và cối

Ty giữ mặt khuôn: nhiệm vụ giữ cho tấm giữ khuôn khỏi rớt ra khỏi khuôn và đồng tâm cho tung cao su hoặc lò xo

Tung cao su hay lò xo có nhiệm vụ tạo lực đẩy tấm giữ và gạt chi tiết ra sau khi dập Cối là dao cắt dưới, khi chày tiếp xúc với cối sẽ tạo thành cắt kéo, giúp phoi rớt ra Vật liệu giữa chày và cối được chế tạo từ SKD11 với độ cứng từ 45-56 HRC.

Bàn máy là một hệ thống vững chắc dùng để gá lắp khuôn, được thiết kế với lỗ thoát phoi khi dập Trên bàn máy có các rãnh ngang và dọc, cho phép bắt bu lông để cố định khuôn và cử.

2.2.4.2 Nguyên lí làm việc của khuôn dập tấm Đặt phôi vào khuôn và đã chỉnh cử khi bấm nút hoạt động thì búa dập đi xuống truyền toàn bộ lực theo tấn nhƣ máy cơ P55, P60,P90và toàn bộ lực này truyền qua cuống chày và làm khuôn trên di chuyển xuống, bộ phận đầu tiên là tấm chặn phôi tiếp xúc với phôi và giữ phôi không cho di chuyển và kế đến là chày tiếp xúc với phôi và bị lực cản của cối với chu vi lỗ của cối là dao cắt làm cho kim loại bị cắt ra Sau khi đường đi của chày lớn hơn chiều dày kim loại thì phoi được cắt ra và rơi qua lỗ thoát phoi của cối và bàn khuôn Trong khi đó chu trình máy dập đi lên thì tấm dữ khuôn lại có nhiệm vụ là gạt cho phôi rơi ra và không bị dính trên khuôn

Hình 2.24: Máy dập cơ và khuôn dập

2.2.5 Các dạng khuyết tật trong nguyên công dập tấm

- Lỗ bị bavia xuất hiện lệch về một bên hoặc phân bố theo dạng đường

- Xuất hiện gân trong quá trình đột nối

- Hình dáng bên trong không được nhẵn từ nửa chiều dày của lỗ ở phần dưới, dạng bị gãy đứt

-Mép phôi bị cuống vào lỗ dập và thò ra phía mặt bên kia

Hình 2.25: Sản phẩm bị bavia xung quanh lỗ sau khi đột

2.2.6 Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩmdập tấm

Cơ sở lý thuyết mô phỏng

2.3.1 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn

DEFORM là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng và phân tích các quá trình tạo hình và xử lý nhiệt trong ngành kim loại Phần mềm cho phép người dùng kiểm nghiệm các điều kiện sản xuất trên máy tính mà không cần thiết lập nhà xưởng, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất.

 Dễ dàng, nhanh chóng với các giả lập “Nếu-thì” [10,16]

 Cải thiện việc thiết kế dụng cụ và khuôn mẫu nhằm hạ giá thành sản phẩm, tiết kiệm vật liệu

 Rút ngắn thời gian làm việc.

2.3.2 Các bước cơ bản trong bài toàn mô phỏng

Tiền xử lý (Pre-processing)

- Xây dựng mô hình học đó là chày, cối và chi tiết bằng phần mềm Catia

-Xây dựng mô hình vật liệu và lựa chọn trong thƣ viện

-Xác định điều kiện tiếp xúc và ma sát

Giải bài toán (Solve Problem)

-Tính toán phần tử hữu hạn để tìm ra ứng suất, biến dạng và chuyển vị

Hậu xử lý (Post-processing)

-Phân tích sản phẩm và đo đạc khuyết tật [10,16]

Hình 2.27: Biểu đồ các bước mô phỏng

Chi tiết , khuôn, chày được xây dựng bằng chương trình Catia V5R19 và xuất dưới dạng file (*.stl)

Hình 2.28: Phôi và Chày 17.5x147.5 (SKD11 55HRC)

Cối (SKD11 55HRC) được thiết kế dựa trên nhóm thép mềm với tỷ lệ 6-15% chiều dày vật liệu, bao gồm chày cố định và biên dạng lưỡi cắt 17.5x147.5 Độ hở của cối được thiết lập tương ứng với các thông số kỹ thuật đã định.

Bảng 2.3: Dải khe hở mô phỏng thử nghiệm

Vào thƣ viện vật liệu và chọn loại vật liệu AISI 1015

Hình 2.30: Mô hình vật liệu

Phần mềm Deform 3D cho phép nhập khẩu các loại lưới bên ngoài, với lưới mặc định là kiểu 3 nút 2D và có 80,000 phần tử Nghiên cứu này tập trung vào sự biến dạng của sản phẩm sau quá trình đột, trong đó lưới được chia cho sản phẩm, giả định rằng chày và cối hoàn toàn cứng.

Hình 2.31: Sản phẩm được chia lưới

2.3.7 Đặt điều kiện biên (nhiệt độ, ma sát, tiếp xúc)

-Nhiệt độ cả khuôn và chi tiết theo nhiệt độ tại nhà xưởng 25 0 𝐶

-Ma sát có 2 loại ma sát là giữa sản phẩm và cối, giữa chày và sản phẩm (cold 0.12) -Vận tốc chày là 200mm/s [10]

Hình 2.32: Ma sát giữa cối-sản phẩm-chày

Phần mềm Deform 3D sau khi giải cho biết các dữ liệu nhƣ sau:

-Tấn lực gia công phôi để có thể chọn máy cho phù hợp

-Stain, Strain rate, stress, Velocity, Displacement, Temperature, Damage

Hình 2.33: Biểu đồ lực dập

Hình 2.34: Các vùng nguy hiểm A, B,C,D

Hình 2.35: Sản phẩm sau khi mô phỏng

Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm

2.4.1 Quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố

Trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và tự nhiên, nghiên cứu thường dựa vào quan sát thực nghiệm Các phương trình được xây dựng từ việc tổng hợp và xử lý kết quả quan sát này được gọi là phương trình thực nghiệm.

2.4.1.1 Lựa chọn dạng phương trình thực nghiệm

Khi lựa chọn phương trình thực nghiệm, cần đảm bảo rằng đường biểu diễn của nó đơn giản nhất nhưng vẫn xấp xỉ tốt nhất với các điểm quan sát trên đồ thị.

1.Thể hiện lên đồ thị các điểm biểu diễn những cặp giá trị quan sát đƣợc

Để thể hiện quy luật biến thiên giữa các điểm quan sát, cần vẽ đường biểu diễn trên đồ thị, sử dụng đường xấp xỉ tốt nhất nhằm kết nối các điểm này.

3.So sánh đường phát họa với các đồ thị dạng phương trình toán học xác định 4.Kiểm tra khả năng ứng dụng của phương trình đã chọn

2.4.1.2 Xác định giá trị tham số

1.Phương pháp sắp xỉ đều

Theo lý thuyết, phương pháp biểu diễn xấp xỉ tối ưu là buộc cực đại của đại lượng f(x) - φ(x) trong khoảng (a ≤ x ≤ b) Trong khoảng này, xấp xỉ của hàm số f(x) đạt giá trị nhỏ nhất, tức là buộc max(f(x) - φ(x)) phải tiến tới min trong đoạn a ≤ x ≤ b.

2.Phương pháp theo xấp xỉ theo những điểm lựa chọn riêng biệt

Bằng phương pháp thực nghiệm, chúng tôi thu thập được n cặp giá trị tương ứng (x_k, x_k) với k = 1, 2, 3, …, n Dựa trên các điểm biểu diễn những cặp giá trị này, chúng tôi đã thiết lập được một phương trình thực nghiệm có dạng cụ thể.

Trong đó x; a 1 , a 2 , … , a m là những tham số

Trên khoảng khảo sát chọn trước m điểm riêng biệt có tọa độ (x i ), (i = 1,2, … , m) Y= φ x i ; a 1 , a 2 , … , a m , i = 1,2, … , m(2.7)

3.Phương pháp xấp xỉ trung bình Đƣa các giá trị x k (k= 1,2,…,n) nhận đƣợc từ quan sát thực nghiệm vào công thức Y= φ x; a 1 , a 2 , … , a m , (m < 𝑛)(2.8)

Tìm đƣợc các sai lệch d k =y k - φ x k ; a 1 , a 2 , … , a m , (k= 1,2,…,n)(2.9)

Phương pháp bình phương nhỏ nhất là phương pháp phổ biến và chính xác nhất để xác định tham số trong các phương trình thực nghiệm Phương pháp này xác định giá trị của các tham số dựa trên điều kiện tổng bình phương của các sai lệch là nhỏ nhất, được biểu diễn qua công thức: d k 2 n k=1 = n k=1 y k − φ(x k ; a 1 , a 2 , … , a m 2 = F(a 1 , a 2 , … , a m )(2.10).

Trong đó F là hàm số không âm của các biến a 1 , a 2 , … , a m sau đó các giá trị tham số nhận được từ việc giải phương trình điều kiện sau:

2.4.2 Quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố

Nghiên cứu thường liên quan đến việc giải quyết các bài toán cực trị có điều kiện nhằm xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hoặc lựa chọn thành phần tối ưu trong hệ nhiều phần tử.

2.4.2.1 Khái niệm qui hoạch trực giao

Trong quá trình phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm, chỉ nên tập trung vào các thông số đầu vào cơ bản và loại bỏ những thông số có ảnh hưởng ít hơn.

Hình 2.36: Hình yếu tố đầu vào Làm N thí nghiệm để đo y, đƣợc bảng số liệu

Bảng 2.4: Số lần thí nghiệm

Phương trình hồi quy dạng đa thức bậc 2 đầy đủ, mô tả sự phụ thuộc của hàm y vào các thông số ảnh hưởng x 1 ,x 2 , … x k

Thí nghiệm bố trí trên các trục tọa độ, cách gốc tọa độ 1 đoạn α>0 sao cho ma trận

 Điều kiện k cột cuối của X trực giao với các cột đầu:

 Điều kiện để k cột cuối trực giao nhau:

2.4.2.3 Tính toán và kiểm định x ụ 2 = 2 k

(2.20) Để kiểm định D£ =σ 2 , dùng phương sai tái sinh tính theo các thí nghiệm tại tâm

Phương sai tái sinh: S th 2 = 3 u =1 n 0−1 (y u0 −yu0 )2 (2.21)

Kiểm định các hệ số theo tiêu chuẩn Student: t j = s b j bj , (Nếu t j = s b j bj < (t ρ f thì loại(2.22) Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher:

Xác định hệ số phương trình hồi qui:

, (R≈ 1, thể hiện độ chính xác)(2.24)

Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KHUÔN DẬP LỖ

Phân tích sản phẩm

Bracket của công ty thang máy Schindler có chức năng kẹp thanh Rail thẳng đứng, đảm bảo cứng vững và đồng tâm, đồng thời có thể điều chỉnh vị trí ra vào, trái, phải tùy theo kết cấu hố thang Hiện nay, Schindler cung cấp bracket toàn cầu cho các chi nhánh trên toàn thế giới mà không bán ra bên ngoài hệ thống, với chất lượng, vật liệu và màu sơn được chỉ định từ Thụy Sĩ Sản phẩm này được thiết kế với các lỗ Oval 17.5x147.5 đều nhau và đối xứng, giúp dễ dàng canh chỉnh khi cần thiết, và có khả năng chịu đựng rung động, đàn hồi tốt.

Hình 3.1: Cấu trúc thang máy và cấu trúc thanh Rail

Cấu trúc vật liệu của sản phẩm

Bảng 3.1: Thành phần hóa học của vật liệu [12]

Thuộc tính Tiêu chuẩn đo lường hệ mét Hệ thống đo lường Anh

Mật độ 7,87g/cc 0.284lb/ Độ bền kéo 385 MPa 55800 psi

Giới hạn chảy 325 Mpa 47100 psi

Mô đun biến dạng thủy tích 140 GPa 20300 ksi

Mô đun cắt 80 GPa 11600 ksi

Mô đun đàn hồi 190-210 GPa 27557-30458 ksi

Hệ số Possion 0.27-0.3 0.27-0.3 Độ giãn dài 18% 18%

Sự giảm diện tích 40% 40% Độ cứng Brinell 111 111 Độ cứng Knoop 129 129 Độ cứng Rockwell B 64 64 Độ cứng Vickers 115 115

Hệ số giãn nở nhiệt 11.9 11.9

Hệ số truyền nhiệt 51.9 W/mK 360 BTU in/hr.

Thành phần hóa học của vật liệu AISI 1015 Carbon Steel

Tính toán công nghệ cho nguyên công dập lỗ

3.3.1 Xác định kích thước và hình dạng lỗ cho nguyên công dập tấm

Hình 3.3: Bản vẽ sản phẩm Bracket

Kích thước lỗ: Lỗ hiện tại đang sử dụng tại công ty Schindler với l7.5mm, b.5mm, bán kính tại đường cung là R=8.75mm

Chiều dày vật liệu: chiều dày vật liệu đƣợc xác định là 10mm

Kích cỡ vật liệu: Vật liệu là tấm phôi phẳng với chiều dài là L=B+161.4 và chiều rộng là W= 421.4mm

3.3.2 Tính lực dập và lực chặn phôi

Lực dập là yếu tố quan trọng trong việc chọn máy phù hợp, giúp tránh tình trạng quá tải và hư hỏng kết cấu của máy hoặc khuôn Đặc biệt, lực dập liên quan trực tiếp đến an toàn lao động, do đó việc xác định lực đột theo công thức an toàn là điều bắt buộc.

Lực dập 𝐹 𝑑 được tính dựa vào chiều dày vật liệu S và chu vi lỗ đột V, với 45 là trở lực cắt của vật liệu, phản ánh sự không đồng đều về chiều dày và tính chất của nó Do đó, để tính toán cho lỗ dập, ta sử dụng các giá trị Smm và V là 5.859mm.

Lực chặn phôi cần được điều chỉnh sao cho tâm giữ phôi không quá chặt cũng như không quá lỏng Việc này liên quan đến việc sử dụng các lò xo hoặc các tấm cao su được lắp đặt trong khuôn để đảm bảo sự phù hợp và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

Lực chặn phôi đƣợc tính theo công thức:

𝐴 𝑝 : diện tích chặn phôi q: áp lực chặn phôi q= 0.24 ÷ 3.45 Mpa

Diện tích chặn phôi là phần diện tích phôi tiếp xúc với tấm chặn B đƣợc chọn là 142mm

Vậy tổng lực dập cần thiết

𝐹 𝑡 = 141.5+5.46.9 N(3.6) Để an toàn cho máy có thể chọn máy là 160 tấn

3.3.3 Thông số của khuôn và chày

Thông số của chày: kích thước của chày là lỗ oval 17.5x147.5

Thông số khuôn cho thép mềm thường dao động từ 10% đến 15% chiều dày vật liệu, dựa trên kinh nghiệm của các nhà sản xuất Nghiên cứu hiện tại tập trung vào vật liệu AISI 1015 với chiều dày 10mm nhằm xác định khe hở tối ưu cho quy trình sản xuất.

ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA KHUÔN ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỖ ĐỘT

Thực nghiệm đơn yếu tố

4.1.1 Phân tích ảnh hưởng Gsinh ra 𝒉 𝒄

Mục đích của phân tích khe hở này để tìm ra h c(min ) , phải cố định các thông số còn lại là H mm, ∝ 𝑠 =7 0

Kết quả mô phỏng với khe hở từ 7%÷15%

Bảng 4.2: Tính toán phương sai nhỏ nhất

Căn cứ vào kết quả thực nghiệm tại Bảng 4.2cột y, thiết lập đƣợc bảng sai phân và nhận thấy sai phân bậc 2 là nhỏ nhất

Số lần đo Dung sai

Bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, lập được bảng dưới để tính các thông số của hệ phương trình

=> phương trình bậc 2 có dạng y=𝑎 0 + 𝑎 1 𝑥 1 + 𝑎 2 𝑥 1 2 (4.1)

Bảng 4.3: Dữ liệu các thông số của hệ phương trình

Bảng 4.4: Dữ liệu của ℎ 𝑐 sau khi mô phỏng

Hình 4.4: Biểu đồ ℎ 𝑐 ứng với G

-Khe hở G nhỏ:thì lực dập lớn, ứng suất cắt lớn và sự thoát vật liệu nhỏ sinh ra bavia dạng đùn (trạng thái là nén)

-Khe hở G lớn:thì ứng suất cắt nhỏ, lực dập nhỏ và sự thoát vật liệu lớn sinh ra bavia dạng cuốn mép (trạng thái chảy)hình 4.5 [21,22,23,24,25,26,27]

Hình 4.5: Công thức áp dụng khe hở khuôn nhóm thép mềm

Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng giá trị tối thiểu của ℎ 𝑐 đạt 0.325mm tương ứng với khe hở G% Biểu đồ xây dựng cho thấy mối quan hệ giữa mô phỏng và phương trình hồi quy, từ đó xác định ℎ 𝑐 tương ứng với G lân cận, với phương trình y = 4.169 - 0.814.

4.1.2 Phân tích ảnh hưởng H sinh ra 𝒉 𝒄

Mục đích của phân tích chiều cao này để tìm ra ℎ 𝑐(𝑚𝑖𝑛 ) , phải cố định các thông số còn lại là G %, ∝ 𝑠 =7̊ 0

Kết quả mô phỏng với chiều cao từ 6mm÷16mm

Căn cứ vào kết quả thực nghiệm tại Bảng 4.5 cột y thiết lập đƣợc bảng sai phân và nhận thấy sai phân bậc 2 là nhỏ nhất

=> phương trình bậc 2 có dạng 𝑦 = 𝑎 0 + 𝑎 1 𝑥 2 + 𝑎 2 𝑥 2 2 (4.8)

Hình 4.6: Biểu đồ ℎ 𝑐 ứng với H

Chiều cao lỗ thoát phoi Hnhỏ ảnh hưởng đến quá trình tách phôi, khi diện tích định vị nhỏ làm phoi dễ bị lật và tạo ra ứng suất dư đột ngột Điều này dẫn đến việc hình thành bavia ở vị trí cắt cuối cùng, với dạng cuốn mép trong trạng thái chảy.

-Chiều cao lỗ thoát phoi H lớn: diện tích định vị lớn gây ra kẹt phoi và vật liệu không thoát đƣợc sinh bavia ở dạng đùn (trạng thái nén) hình 4.7[21,22,23,24,25,26,27]

Hình 4.7: Phoi bị tách dạng nghiêng y = 1.389 - 0.1

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng ℎ 𝑐 (min) đạt giá trị 0.76mm tương ứng với Hmm Từ biểu đồ xây dựng, có thể thiết lập mối quan hệ giữa mô phỏng và phương trình hồi quy, từ đó xác định ℎ 𝑐 ứng với H lân cận.

4.1.3 Phân tích ảnh hưởng ∝ 𝐬 sinh ra 𝒉 𝒄

Mục đích của phân tích góc cắt này để tìm ra h c(min ) , phải cố định các thông số còn lại là Hmm, G%

Kết quả mô phỏng với góc cắt5 0 ÷13 0

Căn cứ vào kết quả thực nghiệm tại Bảng 4.8cột y, thiết lập đƣợc bảng sai phân và nhận thấy sai phân bậc 2 là nhỏ nhất

=> phương trình bậc 2 có dạng 𝑦 = 𝑎 0 + 𝑎 1 𝑥 3 + 𝑎 2 𝑥 3 2 (4.14)

Hình 4.8: Biểu đồ ℎ 𝑐 ứng với ∝ 𝑠

Góc cắt nhỏ giúp tăng chu vi tiếp xúc của chày, dẫn đến lực tập trung nhỏ và lực dập lớn hơn Khi đó, kim loại sẽ bị chảy và hình thành bavia dạng cuốn mép do trạng thái chảy.

Góc cắt lớn dẫn đến chu vi tiếp xúc của chày nhỏ, tạo ra lực tập trung lớn và lực dập nhỏ, khiến kim loại bị xô lệch sang một bên, từ đó sinh ra bavia dạng đùn trong trạng thái nén.

Hình 4.9: Dạng bavia đùn và công thức tham khảo

Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng giá trị ℎ 𝑐 (min) đạt 0.765 khi góc cắt ∝= 80 độ Từ biểu đồ, chúng tôi đã xây dựng được mối quan hệ giữa kết quả mô phỏng và phương trình hồi quy, giúp xác định ℎ 𝑐 tương ứng với các góc ∝ lân cận.

Thực nghiệm đa yếu tố

Nhƣ 3 thí nghiệm đơn yếu tố trên chỉ xác định đƣợc điểm tối ƣu của từng phần đơn lẻ sinh ra ℎ 𝑐 nhỏ nhất Hiện tại trong quá trình đột lỗ chịu sự tác động đồng thời của nhiều yếu tố đến chất lƣợng sản phẩm và 3 yếu tố cơ bản đã đƣợc xác định Mục đích tìm ra hàm mục tiêu và tối ƣu hóa hàm mục tiêu và tìm ra thông số phù hợp

Thực nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm cấp 2 Các mức đầu vào với 3 yếu tố và miền khảo sát của các thông số đầu vào

-Khe hở giữa chày và cối: 𝐺: 7% ÷ 13%

-Chiều cao lỗ thoát phoi: 𝐻: 8mm ÷ 12mm

Sau khi tìm đƣợc các kết quả đơn yếu tố tốt nhấ là G%, Hmm,∝ 𝑠 =8 0 Nên đƣa thông số này làm mức cơ sở để tìm ra hàm mục tiêu

Bảng 4.11: Các yếu tố đầu vào Đơn giản hóa trong việc tính toán chuyển biến tự nhiên sang biến mã hóa tương ứng như bảng dưới đây

Bảng 4.12: Các biến mã hóa

Biến thiên Mức trên Mức cơ sở Mức dưới Biến Mã Hóa Mức trên Cơ sở Mức dưới

Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định các yếu tố đầu vào với n = 2, bao gồm số mức yếu tố trên và dưới Số thí nghiệm ở tâm được thực hiện 4 lần (n0 = 4) Ba yếu tố đầu vào được xem xét là G (khe hở), H (chiều cao lỗ thoát phoi) và ∝ (góc cắt).

2k = số thí nghiệm mở rộng

Hệ số ∝ cách góc tọa độ: ∝ = N 2 k−2 − 2 k−1 = 1.414 (4.21) Suy ra: giá trị mở rộng của từng yếu tố

Bảng 4.13: Bảng giá trị mở rộng đầu vào

Kết quả y dưới được lấy từ mô phỏng ứng với các trường hợp yếu tố đầu vào

N =𝑥 3 2 - 0.67 Bảng 4.14: Ma trận thí nghiệm

Có hàm mục tiêu nhƣ sau: y= b 0 + b 1 𝑥 1 + b 2 𝑥 2 + b 3 𝑥 3 + b 12 𝑥 1 𝑥 2 + b 13 𝑥 1 𝑥 3 + b 23 𝑥 2 𝑥 3 + b 123 𝑥 1 𝑥 3 𝑥 3 + b 11 𝑥 1 ′ + b 22 𝑥 2 ′ + b 33 𝑥 3 ′ (4.22)

Biến thiên tự nhiên Biến thiên mã hóa

Bảng 4.15: Ma trận tính hệ số b 0 = 1

7.99 = 0.07204 b 33 = 0.62233 7.99 =0.07779 Vậy có phương trình hồi quy của hàm mục tiêu như sau:

+0.07204.𝑥 2 ′ + 0.07779.𝑥 3 ′ (4.27) Để xác đinh phương sai tái hiện làm 4 thí nghiệm lặp ở tâm phương án Kết quả sau khi mô phỏng

Bảng 4.16: Thí nghiệm tại tâm phương án

Phương sai tái sinh tại tâm được xác định như sau:

∗Kiểm định ý nghĩa hệ số hồi qui theo tiêu chuẩn Student: t j = b j s bj (4.29)

Trong đó: s bj là phương sai của hệ số b j

Khi sử dụng bảng chuẩn Student với mức ý nghĩa ρ=0.05, giá trị t ρ f được xác định là t 0.05 3 3.18 với bậc tự do n 0 = 4 − 1 = 3, do đó chọn f=3 Các giá trị t b12, t b13, t b23, t b123 đều nhỏ hơn 3.18, dẫn đến việc loại bỏ các hệ số này Kết quả còn lại cho thấy phương trình hồi quy được xác định như sau: y = 0.66706 + 0.21032.x1 + 0.01164.x2 + 0.02566.x3 + 0.37854.x1'.

∗Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher:

Bảng 4.17: Tính toán phương trình hồi quy

F = S S dư 2 th 2 (S dư 2 là phương sai dư, S th 2 là phương sai tái hiện) (4.47)

Tra bảng phân bố Fisher với mức ý nghĩa ρ = 0.05 Các bậc tự do N-(k+1)-

Có: F

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	4,73 MB