Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Hiện nay, nhiều quốc gia đang phát triển đạn đặc biệt nhằm nâng cao khả năng chiến đấu cho quân đội và lực lượng đặc nhiệm, với độ chính xác cao và tầm bắn xa hơn so với đạn bộ binh thông thường Các loại đạn tiêu biểu bao gồm 7,62x54 mm với các phiên bản như LPS, PS (7N1) và SNB (7N14) dành cho súng bắn tỉa SVĐ; đạn 7,62x51 mm NATO với các kiểu M113, M118 SN.R cho súng bắn tỉa Galil; và đạn 12,7 mm kiểu CΠЦ cho súng bắn tỉa OSV-96.
Khảo sát tại Binh chủng Đặc Công cho thấy nhu cầu sử dụng đạn bắn tỉa 7,62×54 mm cho huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu là rất lớn Tuy nhiên, do chưa có đơn vị nào trong nước nghiên cứu và chế tạo loại đạn này, các đơn vị phải sử dụng đạn chiến đấu cho huấn luyện hoặc nhập khẩu với số lượng hạn chế và giá thành cao.
Nghiên cứu và phát triển đạn bắn tỉa cỡ 7,62×54 mm cho súng bắn tỉa SVĐ là nhu cầu thiết yếu nhằm nâng cao khả năng tiêu diệt mục tiêu ở khoảng cách xa, bảo đảm an toàn cho xạ thủ và tính bí mật trong tác chiến Đề tài này không chỉ giúp chủ động sản xuất đạn dược tại các nhà máy công nghiệp quốc phòng, mà còn gắn liền với công nghệ trong nước, đồng thời góp phần đào tạo đội ngũ cán bộ nghiên cứu quân đội Khi sản phẩm hoàn thành, nó sẽ trang bị cho các đơn vị, hỗ trợ huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu, tiết kiệm chi phí cho quân đội và quốc gia, góp phần bảo vệ vững chắc Tổ quốc Việt Nam XHCN.
Lịch sử nghiên cứu
Nhà máy Z113 đã thực hiện chỉ đạo của Thủ trưởng BTTM về nghiên cứu sản xuất đạn bắn tỉa 7,62×54 mm bằng cách liên hệ với các đơn vị liên quan để tiến hành khảo sát và lĩnh súng, đạn Qua khảo sát, đạn bắn tỉa 7,62×54 mm kiểu 7N1 của Nga được xác định có cấu trúc gồm 3 phần tử: vỏ đầu đạn nhọn, lõi thép và lõi chì đặc Hình dáng và cấu trúc của vỏ liều và hạt lửa tương tự như đạn súng trường 7,62×54 mm (K53) hiện có, cho thấy khả năng làm chủ thiết kế và công nghệ chế tạo đạn bắn tỉa cỡ 7,62×54 mm (K53) cho súng bắn tỉa SVĐ là hoàn toàn khả thi.
Nhà máy Z113, từ năm 1990 đến 1995, đã tiếp nhận dây chuyền sản xuất đạn cỡ 7,62×54 mm (K53) với công suất 5 triệu viên mỗi năm Hiện nay, nhà máy đã làm chủ công nghệ sản xuất đạn súng trường K53 đầu lõi thép, cung cấp hàng triệu viên đạn phục vụ cho huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu Với nhiều năm kinh nghiệm, nhà máy sản xuất các loại đạn súng bộ binh cỡ nòng từ 5,56 đến 9 mm, bao gồm đạn 5,56×45 mm kiểu M193, đạn 7,62×25 mm (K51), đạn 7,62×39 mm (K56), và đạn 7,62×51 mm kiểu M80.
Nhà máy Z113 tự hào giới thiệu thành công đạn bắn tỉa 7,62×54 mm (K53BT) cho súng SVĐ, phục vụ cho công tác quốc phòng an ninh, nhờ vào dây chuyền công nghệ hiện có của đơn vị.
Thay đổi một số nguyên công từ công nghệ chế tạo vỏ liều đạn cỡ 7,62x54mm (K53) để giảm tỷ lệ hỏng vỏ liều trên chặng
Hiện nay, Việt Nam chỉ có hai nhà máy sản xuất đạn cho bộ binh, đó là nhà máy Z113 và Z114 Các loại đạn được sản xuất tại những nhà máy này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp trang bị cho lực lượng vũ trang.
TT Loại đạn Ghi chú
3 Đạn 7,62 x 39mm đầu lõi thép kiểu M43 Z113; Z114
4 Đạn xuyên cỡ 7,62 x 39mm (K56) đầu lõi thép Z113
5 Đạn cỡ 7,62-K56 lõi hợp kim cứng xuyên áo giáp Z113
7 Đạn 7,62 x 54 mm (K53) đầu lõi thép Z113 Đạn xuyên cỡ 7,62 x 54mm đầu lõi th
11 Đạn 12,7 mm xuyên cháy kiểu 1954 Z113
12 Đạn 12,7 mm xuyên cháy vạch đường kiểu 1954 Z113
13 Đạn 14,5 mm xuyên cháy kiểu 1956 Z113
14 Đạn 14,5 mm xuyên cháy vạch đường kiểu 1956 Z113
15 Đạn cao xạ 23 mm NPST - cháy Z113
16 Đạn cao xạ 23 mm NPST - cháy -vạch đường Z113
17 Đạn hơi liên thanh cỡ 5,56 x 45 mm Z113
18 Đạn hơi liên thanh cỡ 7,62 x 39 mm kiểu M43 Z113
19 Đạn hơi liên thanh cỡ 7,62 x 54 mm Z113
20 Đạn hơi liên thanhcỡ 12,7 mm Z113
21 Đạn hơi liên thanh cỡ 14,5 mm Z113
Hình 1: Kết cấu đạn bắn tỉa cỡ 7,62×54 mm PS (7N1) cho súng bắn tỉa SVĐ
Mục đích nghiên cứu của đề tài, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu tính toán công nghệ chế tạo vỏ liều bằng phương pháp dập nguội đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Nghiên cứu về việc thay đổi nguyên công dập lõm đáy sau nguyên công dập vuốt 4 nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt trên dây chuyền hiện tại của Nhà máy và giảm tỷ lệ hỏng hóc trong quá trình sản xuất.
- Vỏ đạn 7,62x54mm (K53) được chế tạo từ thép Bimetal - F18 (nhập khẩu từ Trung Quốc, Nga, Isaren, Ấn độ…)
- Thiết kế lại dụngcụ nguyên công Dập bằng đáy để giảm tỷ lệ hỏng sản phẩm ở nguyên công Dập vuốt 4, nguyên công Dập bằngso với tiến trình cũ.
• Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công nghệ dập nguội cho thép Bimetal - F18.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn
- Giải mã công nghệ chế tạo vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53BT) nguyên bản của
Nga chủ động làm chủ và cải tiến công nghệ, đồng thời sàng lọc các giải pháp phù hợp với thiết bị hiện có trong nước, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước.
Phân tích đặc điểm sản phẩm là bước quan trọng để lựa chọn và hoàn thiện hướng công nghệ cho sản xuất hàng loạt Việc kết hợp nhiều lĩnh vực công nghệ như dập nguội, xử lý nhiệt, tẩy rửa và công nghệ chế tạo máy sẽ giúp đáp ứng tốt nhất các yêu cầu về sản phẩm và dụng cụ chế tạo.
- Ứng dụngcông nghệ dập, công nghệ chế tạo máy vào sản xuất vỏ liều đạn,
- Kết quả nghiên cứu của luận văn đã được áp dụng vào chế tạo vỏ liều đạn
7,62x54mm (K53) Chế tạo các loại chày, cối dập lõm để thay đổi công nghệ sản xuất vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53) của Nhà máy.
Phương pháp nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu là cải tiến dụng cụ chế tạo vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53) Tác giả đã áp dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu lý thuyết và tính toán công nghệ, đồng thời khảo sát thiết bị tại Nhà máy Z113/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng Quá trình này bao gồm chế tạo dụng cụ, sản phẩm và thực hiện bắn thử nghiệm để kiểm chứng vỏ đạn 7,62x54mm (K53) đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ sản phẩm.
Luận văn được trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về dập vuốt, lực và áp lực tác dụng lên cối dập, Cơ sở tính toán công nghệ chế tạo vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53)
Chương 2: Giới thiệu chung về phần mềm ABAQUS
Chương 3 của luận văn tập trung vào quy trình sản xuất và hoàn thiện công nghệ chế tạo vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53) Tiếp theo, Chương 4 đề xuất các cải tiến cho quy trình công nghệ chế tạo vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53) nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất Cuối cùng, kết luận chung của luận văn tổng hợp những điểm chính và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cải tiến công nghệ trong lĩnh vực chế tạo vỏ liều đạn.
Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo
D', d Đường kính phôi, đường kính sản phẩm mm
S Chiều dày vật liệu mm
G', G Khối lượng sản phẩm mẫu, khối lượng phôi g γ Khối lượng riêng g/cm 3
V', V Thể tíchsản phẩm, thể tích phôi mm 3
Vt, V đ Thể tích vùng thành phôi, thể tích vùng đáy phôi mm 3
Diện tích tiết diện ngang của vật liệu được tính bằng mm², trong khi chiều dày thành sản phẩm là mm Chiều cao sản phẩm cũng được đo bằng mm Lượng dư cắt mép được xác định bằng Δh mm, và hệ số dập vuốt là ε Mức độ biến dạng được tính bằng kn, cùng với hệ số biến mỏng σb Giới hạn bền của vật liệu là kG/mm², còn giới hạn chảy và giới hạn chảy của vật liệu lần lượt là σc và σT kG/mm².
[σ] Giới hạn bền cho phép của vật liệu kG/mm 2 δ Độ giãn dài tương đối % v Tốc độ dập vuốt của máy dập mm/s n Số lần dập vuốt
Q Lực ép kG lực q, p Áp suất nén kG/mm 2
[p] Áp suất nén cho phép kG/mm 2
Rc, Rch Bán kính của chày, bán kínhcủa cối mm
Z Khe hở giữa chày và cối mm
Dc, Dch Đường kính chày, đường kính cối mm
Kc Mức độ biến dạng chung u Chuyển vị mm
Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị đo r Bán kính mm σr Ứng suất pháp kG/mm 2 σt Ứng suất tiếp kG/mm 2
∆12 Đôi dôi lắp ghép giữa chi tiết 1 và chi tiết 2 mm
E Môđul đàn hồi N/mm 2 ψ Độ co thắt tỷ đối % δ5 Độ giãn dài tỷ đối % à hệ số ma sỏt
Các điểm nhiệt tới hạn 0 C ΠP Kích thước lọt mm
HE Kích thước khônglọt mm
A-IX-2 Ký hiệu một loại thuốc nổ
BLĐ-30 Ký hiệu một loại bộ lửa
6/7 FL Ký hiệu một loại thuốc phóng
AO-18 Ký hiệu kiểu nòng pháo AK-630 ω Lượng nhồi ĐPST Đạn phá sát thương
Y Phương thẳng đứng σx Sai lệch xác suất về hướng δy Sai lệch xác suất về tầm
TỔNG QUAN VỀ DẬP VUỐT
1.1.1 Đặc điểm của công nghệ dập vuốt
Dập vuốt là quá trình biến đổi vật liệu dạng tấm, bánh tròn hoặc bát thành các sản phẩm rỗng có miệng hở Đây là một trong những nguyên công chính trong công nghệ dập nguội, với phạm vi ứng dụng rộng rãi Nhiều chi tiết trong ô tô, máy kéo, máy bay, máy điện và đồ dùng gia đình được sản xuất bằng phương pháp dập vuốt.
1.1.2 Phân loại công nghệ dập vuốt
1.1.2.1 Phân loại theo nhóm và hình dạng sản phẩm
TT Nhóm cơ bản Dạng sản phẩm Ghi chú
1 Nhóm có hình tròn xoay
Dạng hình trụ, hình trụ có bậc, hình côn, hình bán cầu
Có thể có vành hay không có vành, đáy phẳng hay không phẳng
2 Nhóm có dạng hình hộp Hình hộp vuông, hình hộp chữ nhật, hình hộp ôvan
Có thể có vành hay không có vành, có đáy phẳng hoặc không phẳng
3 Nhóm có hình dạng phức tạp.
Có thể đối xứng hay không đốixứng
Ví dụ: mui ôtô, cánh cửa ôtô
Bảng 1.2 Nhóm và dạng của sản phẩm dập vuốt
1.1.2.2 Phân loại theo đặc điểm biến dạng kim loại
1.1.2.2.1 Dập vuốt không biến mỏng thành
Chiều dày của vật liệu cần nhỏ hơn hoặc bằng khe hở giữa chày và cối trong quá trình dập vuốt Có hai phương pháp dập chính: dập có chống nhăn và dập không có chống nhăn Sản phẩm dập có thể được phân loại theo hình dáng, bao gồm sản phẩm có vành và không có vành, cùng với các hình dạng như hình trụ, hình hộp, hình côn và hình bán cầu Mỗi loại sản phẩm có đặc điểm hình học riêng, do đó yêu cầu phương pháp tính toán công nghệ phù hợp.
1.1.2.2.2 Dập vuốt có biến mỏng thành
Chiều dày vật liệu lớn hơn khe hở giữa chày và cối.Dập vuốt có biến mỏng thành có hai phương pháp tiến hành:
+ Làm thay đổi đường kính xong mới làm biến mỏng thành.
+ Vừa thay đổi đường kính vừa biến mỏng thành cùng một lúc Với phương pháp này thì kim loại biến dạng mãnh liệt hơn
Quá trình dập vuốt là quá trình kéo phôi vào lòng cối, tạo ra sản phẩm hình trụ với đường kính ngoài d và chiều cao h Nghiên cứu biến dạng trong quá trình này giúp hiểu rõ hơn về đặc điểm và tính chất của sản phẩm cuối cùng.
Khi sử dụng một miếng vật liệu tròn có đường kính D’ = d + 2h để cắt các hình tam giác, sau đó uốn các cạnh dựng lên, ta có thể tạo ra hình trụ với đường kính đáy d và chiều cao h Tuy nhiên, trong quá trình dập vuốt, không có phần kim loại nào bị cắt bỏ, cho thấy rằng phần vật liệu ở hình vành khăn (D’ – d) đã biến thành hình trụ với chiều cao h1 lớn hơn chiều cao của hình vành khăn là h.
Phôi dập chi tiết hình trụ có đường kính d và chiều cao h cần đảm bảo rằng D < D’ Trong quá trình dập vuốt, các tam giác kẻ sọc sẽ bị dồn ra phía ngoài khi kéo dọc theo chiều cao của hình trụ rỗng giữa khe hở chày và cối Do đó, phần vật liệu ở tam giác gạch chéo sẽ chịu nén theo hướng tiếp tuyến.
Hình 1.1 Quá trình chịu kéo và nén của vật liệu trong quá trình dập vuốt
Mức độ biến dạng của vật liệu trong quá trình dập vuốt có biến mỏng được thể hiện qua lực kéo của chày vào lòng cối, tạo ra sự phân bố vật liệu rõ rệt Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, cần nghiên cứu quá trình biến dạng diễn ra trong quá trình dập vuốt.
Trên phôi tròn, các vòng tròn đồng tâm được kẻ cách đều nhau Sau khi dập vuốt, các vòng tròn này có đường kính bằng nhau và nằm trên thành hình trụ tròn Khoảng cách giữa các vòng tròn tăng dần khi lên cao, cho thấy mức độ biến dạng của các điểm trên cùng một vòng tròn là đồng nhất.
Trên phôi tròn, cần kẻ các đường qua tâm và chia đều thành các góc bằng nhau Sau khi dập vuốt, các tia này sẽ tạo thành những đường thẳng song song, cách đều nhau trên bề mặt hình trụ Điều này chứng tỏ rằng, trong quá trình biến dạng, vật liệu di chuyển theo hướng kính.
Hình 1.3 Biến dạng vật liệu di chuyển theo hướng kính
Hình 1.4 Trạng thái ứng suất của những vùng khác nhau trên sản phẩm dập vuốt
Trên phôi tròn, các đường dọc và ngang được kẻ vuông góc và chia đều, như thể hiện trong hình 1.4 Sau quá trình dập vuốt, các đường thẳng này chuyển thành đường cong, với sự dồn lại rõ rệt gần miệng hình trụ Điều này cho thấy phần kim loại gần mép ngoài bị dồn sát và kéo dài theo chiều cao hình trụ Hình 1.5 minh họa trạng thái ứng suất tại các vùng khác nhau trên sản phẩm dập vuốt.
- Tại vành sản phẩm có ứng suất nén theo hướng tiếp tuyến và ứng suất kéo theo hướng tâm.
- Thành sản phẩm chỉ có ứng suất kéo theo hướng chiều dập vuốt
- Đáy sản phẩm ứng suất kéo theo 4 phía
Do sự phân bố không đều của trạng thái ứng suất trên sản phẩm, chiều dày thành sản phẩm cũng có sự khác biệt Cụ thể, ở đáy, chiều dày vật liệu giữ nguyên, trong khi ở góc lượn đáy, vật liệu giảm đi đáng kể, tạo thành tiết diện nguy hiểm, nơi có thể xảy ra tình trạng giảm mỏng nghiêm trọng.
Phần trên góc lượn đáy có sự biến đổi về chiều dày của vật liệu; khi di chuyển lên phía trên, chiều dày giảm dần nhưng gần đến đỉnh lại tăng lên, có thể đạt từ 15% đến 25% so với chiều dày ban đầu của nguyên vật liệu.
1.1.3 Tính kích thước phôi dập vuốt tròn xoay
Để dập vuốt các chi tiết tròn xoay, phôi cần có dạng hình trụ tròn, vì vậy việc xác định kích thước phôi bao gồm đường kính D và chiều dày vật liệu S Có ba phương pháp chính để xác định phôi cho các chi tiết này: phương pháp cân bằng khối lượng, phương pháp cân bằng thể tích và phương pháp cân bằng diện tích Lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào hình dáng và mức độ phức tạp của sản phẩm Luận văn này tập trung nghiên cứu hai phương pháp là cân bằng khối lượng và cân bằng thể tích, vì đây là những phương pháp được áp dụng nhiều nhất trong tính toán.
Hình 1.5 Trạng thái kéo nén của một phân tố vật liệu trên sản phẩm dập vuốt
1.1.3.1 Phương pháp cân bằng khốilượng
Để xác định khối lượng của phôi, cần có sản phẩm mẫu sẵn có để cân Khối lượng của phôi sẽ tương đương với khối lượng của sản phẩm mẫu, từ đó có thể tính toán được đường kính phôi bằng công thức: π γ γ.
S: chiều dày vật liệu, mm
G: khối lượng phôi, g γ: khối lượng riêng, g/mm 3
TT Vật liệu Khốilượng riêng, γ (g/mm 3 )
Bảng 1.3 Khối lượng riêng của một số vật liệu
Sau khi dập sản phẩm, cần cắt mép và tính toán khối lượng dư để cắt mép, thường tăng thêm từ 8 đến 12% khối lượng sản phẩm Tuy nhiên, đối với các sản phẩm rỗng tròn xoay phức tạp, phương pháp này ít được áp dụng do tính toán công nghệ phức tạp và thiếu chính xác.
1.1.3.2 Phương pháp cân bằng thể tích
Phương pháp dập vuốt được áp dụng khi sản phẩm có thành mỏng biến đổi, dẫn đến sự khác biệt về chiều dày giữa thành sản phẩm, đáy và phôi ban đầu.
Thứ tựtính toán như sau:
- Phân đoạn sản phẩm thành các phần có chiều dàynhư nhau.
- Tính thể tích từng đoạn rồi cộng lại
Khi dập vuốt sản phẩm hình trụ rỗng có chiều dày ở thành và đáy khác nhau, góc lượn ở mặt đáy rất nhỏ (hình 1.6)
Theo điều kiện cân bằng thể tích, ta có:
Thể tích của sản phẩm:
(1.4) Theo cân bằng thể tích V = V’, từ đó suy ra:
CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VỎ LIỀU ĐẠN 7,62x54mm 40 1 Phân tích kết cấu vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53)
1.2.1 Phân tích kết cấu vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53)
1.2.1.1 Hình dáng và công dụng
Vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53) có hình dạng chai, chủ yếu dùng để chứa thuốc phóng, đảm bảo lực đẩy đầu đạn ra khỏi nòng súng và hướng tới mục tiêu Vỏ liều này được kết nối chặt chẽ với đầu đạn có kích thước 7,8mm.
Trong quá trình bắn, phần vai của vỏ liều bịt kín nòng súng với buồng nòng Khi đầu đạn rời khỏi nòng súng, một phần khí sẽ được trích lại để đẩy vỏ liều ra khỏi buồng nòng.
1.2.1.2 Kích thước và dung sai
Các kích thước trong bản vẽ vỏ đầu đạn đạt cấp chính xác 5,6, cho thấy khả năng chế tạo hoàn toàn khả thi thông qua phương pháp dập nguội và gia công cơ khí hàng loạt.
1.2.1.3 Vật liệu chế tạo Đặc điểm thiết kế của vỏ đầu dùng vật liệu thép Bimetal – F18, loại vật liệu thép ghép đồng có thể dùng cho gia công dập nguội.
Thành phần hóa học của thép Bimetal – F18 (tiêu chuẩn lớp thép theo GJB1458-
1992; lớp đồng theo GB/T1521-1996) theo bảng 2.1 và bảng 2.2 Tính chất cơ học của thép Bimetal – F18 theo bảng 2.3
Hình 1.9 Hình vẽ và yêu cầu kỹ thuật vỏ liều đạn 7,62x54mm (K53)
1.2.1.4 Phân tích và lựa chọn sơ bộ phương pháp công nghệ chế tạo
Với hình dáng, dung sai, kích thước và vật liệu như thiết kế, vỏ liều đạn
Viên đạn 7,62x54mm (K53) có thể được sản xuất hàng loạt một cách hiệu quả và tiết kiệm thông qua phương pháp dập nguội, mang lại lợi thế về quy trình gia công đơn giản hơn so với các phương pháp chế tạo khác.
C Si Mn Cr Ni Cu Al P S
Bảng 1.18 Thành phần hóa học của lớp thép theo tiêu chuẩn GJB1458-1992
Mác vật liệu Cu Fe Pb Sb Bi P Zn Tạp chất
Bảng 1.19 Thành phần hóa học của của lớp đồng
Giới hạn bền, σb(MPa) 305…395 Độ giãn dài tỷ đối, δ5 (%) ≥ 37
Bảng 1.20 Chỉ tiêu cơ lý của thép Bimetal – F18
Kiểm tra thành phần hóa học của thép Bimetal – F18 đã được thực hiện trên máy quang phổ phát xạ nguyên tử Varian 715 – ES tại Nhà máy Z113 thuộc Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, với kết quả được trình bày trong bảng 2.4.
TT C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Ni(%) Cu(%) Al(%) P(%) S(%)
Mẫu 1 0.14 0.13 0.46 0.027 0.004 0.025 0.035 0.009 0.009 Mẫu 2 0.14 0.14 0.45 0.019 0.0046 0.022 0 032 0.009 0.008 Mẫu 3 0.14 0.14 0.49 0.025 0.006 0.023 0.037 0.007 0.0075 Mẫu 4 0.14 0.14 0.48 0.023 0.0055 0.020 0.036 0.008 0.0082 Mẫu 5 0.14 0.14 0.48 0.024 0.006 0.023 0.034 0.007 0.0086
TT Cu(%) Fe(%) Pb(%) Sb(%) Bi(%) P(%) Zn(%) Tạp chất
Bảng 1.21 Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của mẫu thép Bimetal – F18
* Kết quả kiểm tra cơ tính thép Bimetal – F18 trên máy kiểm lực kéoDLY- 30 của Nhà máy Z113/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng Kết quả kiểm tra theo bảng 2.5.
TT Giới hạn bền, σb(MPa) Độ giãn dài tỷ đối, δ5 (%)
Bảng 1.22 Kết quả kiểm tra cơ tính thép Bimetal – F18
Lựa chọn phôi ban đầu:
- Thể tích vỏ liều: V.96mm 3 (~9,44g)
Sau khi cắt dập bát, thể tích phôi ban đầu được xác định là Vp = 14,47 mm³ (khoảng 11,5g) Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, lượng dư tăng 22% được sử dụng cho các chế độ xử lý nhiệt, xén miệng và gia công có phoi cho bề mặt ngoài.
Thép Bimetal - F18 hiện có tại Nhà máy là phôi tấm nhập khẩu, có chiều dày 3,2mm và đường kính ngoài sản phẩm Φ14,48 Chiều dày thành tại vị trí nhỏ nhất khoảng 0,34 mm và tại vị trí lớn nhất khoảng 1,05 mm Phương pháp công nghệ dập vuốt được lựa chọn để tạo điều kiện thuận lợi cho các nguyên công vuốt sau, với nguyên công cắt dập bát được thực hiện ngay từ đầu Nếu cắt bánh tròn, nguyên công dập bát sẽ phức tạp hơn và độ lệch phôi bát sẽ lớn, với đường kính phôi là Φ24x3,2mm.
- Quy trình công nghệ các bước dập (hình 2.2):
Hình 1.10 Quy trình công nghệ các bước dập
1.2.2 Tính toán các bước công nghệdập chính
1.2.2.1 Xác định lực dập cắt.
- Xác định lực dập cắt phôi của tấm.
Trong đó: k: hệ số an toàn khi dập cắt (k=1,1 1,3). l: Chu vi cắt. t: Chiều dày vật liệu.
Thay vào công thức ta được :
1.2.2.2 Tính toán lực dập bát
Sản phẩm có đáy dày khoảng 3,2 mm được sản xuất bằng phương pháp cân bằng thể tích Đầu tiên, phôi có chiều dày tương tự được dập sâu sơ bộ, sau đó tiến hành các bước dập vuốt để tạo ra phôi với đường kính ngoài và chiều dài phù hợp với yêu cầu sản phẩm.
Dập bát là quá trình biến dạng từ phôi tấm tròn dày 3,2mm thành ống, trong đó chiều dày đáy ống giữ nguyên bằng chiều dày phôi Quá trình này bao gồm việc vuốt mỏng một lượng nhỏ để tạo ra hình dạng ống.
F: diện tích hình chiếu đầu chày trên bề mặt vuông góc với trục ép, mm 2 q: áp suất ép chảy, kG/mm 2
* Các thông số đưa và công thức (2.2) và kết quả tính toántheo bảng 2.7:
Các thông số đưa vào Lực dập
(mm 2 ) q (kG/mm 2 ) P (kG) qmin qmax Pmin Pmax
Bảng 1.23 Kết quả tính toán lực dập bát Ghi chú: áp suất ép chảy ngược tra bảng 114 (Công nghệ dập nguội của Tôn Yên -
- Gán vật liệu cho phôi với các thành phần nguyên tố như đã được phân tích ở bảng 2.4
- Coi vật liệu của chày, cối và cối dẫn là tuyệt đối cứng
Hệ số ma sát giữa vật liệu phôi và chày, phôi và cối, cũng như phôi và cối dẫn là 0,25 Kết quả cho thấy lực dập lớn nhất của phôi bát có độ dày đáy 3,2mm đạt P=2870,7 kG.
Số lần dập vuốt và tính toán lực dập vuốt
- Số lần dập vuốt có biến mỏng thành được tính theo công thức:
F0: Chiều dày phôi ban đầu, mm
Fn: Chiều dày phần miệng sản phẩm, mm
E: Mức độ biến dạng cho phép (%) E = 45 % theo bảng 77 - Công nghệ dập nguội của Tôn Yên)
Chọn n = 5 (tính cả nguyên công dập bát có biến mỏng thành)
Các thông số cơ bảncủa các bước dập vuốtđược trình bày theo bảng 2.8
100 lg 100 lg lg 0 lg 3 lg 0,19
Bảng 1.24 Các thông số cơ bản của các bước dập vuốt
- Lực dập vuốt được tính theo công thức:
Hệ số c cho vật liệu thép nằm trong khoảng 1,8 đến 2,25 Đường kính chi tiết sau khi dập được ký hiệu là d (mm) Trị số biến mỏng được tính bằng công thức i = in - 1 - in (mm) Giới hạn bền của vật liệu, ký hiệu σb (kG/mm²), đối với thép có hàm lượng carbon 0,15% là 43 kG/mm².
* Các thông số đưa vào công thức (2.4) và kết quả tính toántheo bảng 2.9
Các thông số đưa vào Lực dập c π d
(mm) i (mm) σb P (kG) cmin cmax in-1 in (kG/mm 2 ) Pmin Pmax
Bảng 1.25 Kết quả tính toán lực dập vuốt
1.2.2.3 Tính toán lực dậplõm, dậpbằng
- Lực dập bằng (ép chảy thuận):
F: diện tích hình chiếu đầu chày trên bề mặt vuông góc với trục ép, mm 2 q: áp suất ép chảy, kG/mm 2
* Các thông số đưa vào công thức (2.5) và kết quả tính toántheo bảng 2.10
Các thông số đưa vào Kết quả
(mm 2 ) qmin qmax Pmin Pmax
Bảng 1.26 Kết quả tính toán lực dập lõm, dập bằng Ghi chú: áp suất ép chảy thuận tra bảng 114 (Công nghệ dập nguội của Tôn Yên - 1974)
1.2.2.4 Tính toán lực tóp miệng
- Nguyên công tạo hình tóp miệng qua 2 lần tóp với tỷ lệ thu nhỏ đường kính miệng được biểu diễn trong bảng 2.11
Nguyên công Đường kính tóp D
Tỷ lệ thu nhỏ đường kính (%)
Bảng 1.27 Phân bố tỷ lệ thu nhỏ đường kính tóp
- Lực tóp miệng được tính theo công thức:
Trong đó: k: hệ số tốc độ (máy dập trục khuỷu k=1,15)
D: đường kính trung bình của phôi trước khi tóp
S: chiều dày thành của phôi, mm d: đường kính miệng sản phẩm, mm σT: giới hạn chảy của vật liệu, kG/mm 2 à: hệ số ma sỏt trờn bề mặt tiếp xỳc giữa phụi và cối α: góc côn của cối, độ
Trong đó: k: hệ số tốc độ (máy dập trục khuỷu k=1,15).
D: đường kính trung bình của phôi trước khi tóp, mm.
S: chiều dày thành của phôi, mm. d: đường kính miệng sản phẩm, mm. σT: giới hạn chảy của vật liệu, kG/mm 2 à: hệ số ma sỏt trờn bề mặt tiếp xỳc giữa phụi và cối. α: góc côn của cối, độ.
* Các thông số đưa vào công thức (2.6) và kết quả tính toán theo bảng 2.12.
Các thông số đưa vào Kết quả
(mm) (mm) (kG/mm 2 ) (mm) (độ) (kG/mm 2 ) (kG) Tóp miệng lần 1 12,24 0,19 20,5 10,16 0,3 0 o 14’ 36,5 1,15 1516,3
Bảng 1.28 Kết quả tính toán lực dập tóp miệng
1.2.2.5 Số lần xử lý nhiệtvà chế độ xử lý nhiệt
1.2.2.5.1 Số lần xử lý nhiệt
Khi dập vuốt có biến mỏng thành, mức độ biến dạng chung (KC):
F0: diện tích tiết diện ngang trước khi dập vuốt biến mỏng
Fn: diện tích tiết diện ngang ở lần dập thứ n
KC vượt quá giới hạn quy định cho thép các bon dùng trong dập sâu (KC < (170 ÷ 200)%), yêu cầu phải thực hiện xử lý nhiệt sau mỗi lần dập, tổng cộng là 4 lần xử lý nhiệt.
1.2.2.5.2 Chế độ xử lý nhiệt
- Chế độ ủ sau cắt dập bát (hình 2.6)
Giới thiệu về phần mềm ABAQUS và cách xây dựng mô hình tính toán trong ABAQUS
Để sử dụng hiệu quả phần mềm trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, người dùng cần hiểu rõ công dụng và cách sử dụng của nó Khi đã nắm vững kiến thức cơ bản về phần mềm, người dùng có thể tiến hành xây dựng các bài toán mô phỏng và phân tích dựa trên hệ sinh thái đã được khai thác.
ABAQUS là phần mềm tính toán phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis) hàng đầu, được nhiều tổ chức kỹ thuật thành công trên toàn cầu sử dụng để nâng cao sản phẩm và quy trình sản xuất Phần mềm này được phát triển bởi công ty Hibbitt, Karlsson và Sorensen, có trụ sở tại Pawtucket, Rhode Island, Mỹ, được thành lập vào năm 1978 và hiện có khoảng 600 nhân viên cùng gần 50 văn phòng đại diện trên toàn thế giới.
Các đặc điểm chính của Abaqus:
+ Có khả năng tính những bài toán tĩnh và tính toán động
+ Có khả năng mô hình những dạng thay đổi phức tạp với vật rắn, cả mô hình hai hoặc ba chiều
+ Có thư viện phần tử rộnglớn,
+ Có thể mô phỏng được va chạm động rất phức tạp giữa các vậtrắn
Thư viện vật liệu tiến bộ của chúng tôi bao gồm nhiều loại vật liệu đa dạng như vật rắn đàn hồi, vật dẻo, xốp như bọt biển, bê tông, đất, và vật liệu dẫn điện, cùng với nhiều loại khác.
Abaqus có khả năng giả lập nhiều hiện tượng quan trọng như dao động, khả năng tiếp xúc của lưu chất với kết cấu rắn, âm học và vấn đề bất ổn định Những tính năng nổi bật này đều dựa trên nền tảng lý thuyết mạnh mẽ và được hỗ trợ bởi tài liệu lý thuyết Chính vì vậy, Abaqus được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, dầu khí, sản xuất linh kiện vi điện tử, cũng như trong các dự án quan trọng của quốc gia và quân sự.
Các dòng máy bay Boeing 7xx đã ứng dụng công cụ tính toán phần tử hữu hạn Abaqus trong hơn 15 năm để tính toán kết cấu, tối ưu hóa khả năng chống bất ổn định và nghiên cứu sự phát triển vết nứt dưới tải áp suất Hãng Motorola đã sử dụng Abaqus để kiểm tra cơ tính khi sản phẩm rơi xuống đất, trong khi nhiều thương hiệu nổi tiếng như Honda và Corus cũng hợp tác với Abaqus trong các dự án nghiên cứu và phát triển.
2.2 Các bước xây dựng bài toán trong chương trình ABAQUS/CAE
Giao diện ABAQUS/CAE: (Hình 2.1 )
Hình 2 9 Giao diện ABAQUS/CAE
Chúng ta thường xuyên sử dụng khối ABAQUS/CAE, vì vậy cần tiến hành phân tích cách thức hoạt động của khối này Khối ABAQUS/CAE tương tác với các modul theo một trình tự nhất định.
PART, PROPERTY, ASSEMBLY, STEP, INTERACTION, LOAD,
Các khối trong mô hình được sắp xếp làm việc tuần tự, bắt đầu từ việc tạo hoặc nhập mô hình trong phần Part Sau đó, chúng ta chia các mặt cắt và gán thuộc tính vật liệu trong phần Property Phần Assembly dùng để lắp ghép các mô hình đơn lẻ với các ràng buộc riêng Tiếp theo, phần Step tạo các bước di chuyển cho khối, trong khi phần Interaction gán điều kiện biên cho mô hình Phần Load đặt lực cho từng chi tiết, và phần Mesh chia lưới cho phần mềm tính toán Cuối cùng, phần Job thiết lập quá trình tính toán và xuất kết quả trong phần Visualization.
Hình 2 10 Các modul làm việc của khối ABAQUS/CAE
Modul này cung cấp các công cụ linh hoạt để xây dựng mô hình với nhiều biên dạng khác nhau, từ các yếu tố đơn giản như điểm, đường thẳng, đường tròn, đến các hình phức tạp hơn như đường cong và hình chữ nhật Bằng cách kết hợp những phần tử cơ bản này, người dùng có thể tạo ra những biên dạng phức tạp Các tham số như kích thước dài và kích thước góc có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua modul Part.
Chúng ta có thể tạo ra các mô hình 3D phức tạp bằng cách sử dụng các lệnh như Extrude và Revolve, cho phép đùn biên dạng khối hoặc quay biên dạng quanh trục cố định Phần Part này đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng mô hình để mô phỏng các quá trình sau này.
ABAQUS cung cấp công cụ Import cho phép nhập các file từ phần mềm khác, giúp xây dựng mô hình một cách tiện lợi Người dùng có thể sử dụng các mô hình chuẩn như bánh răng, ổ lăn, và đinh vít từ các phần mềm như SOLIDWORKS, CATIA để đảm bảo tính tiêu chuẩn và đồng bộ Điều này đặc biệt quan trọng khi làm việc với các hình phức tạp mà không thể vẽ trực tiếp trong phần Part.
File xây dựng sẵn có thể được Import bằng cách sau (Hình 2.3 )
Hình 2 11 Thao tác nhập file đã xây dựng thông qua phần mềm khác
Modul này cho phép gán thuộc tính vật liệu cho từng phần của mô hình Công cụ Tool/Partition được sử dụng để phân chia mô hình theo các phần mong muốn và gán các thuộc tính vật liệu cho các mặt tương ứng.
Phần Property/ Creat Section cho phép người dùng tạo các mặt cắt với các đặc tính vật liệu đã được định nghĩa trong Property/ Creat Material Tùy thuộc vào từng trường hợp mô phỏng cụ thể, người dùng có thể gán thuộc tính vật liệu cho một hoặc nhiều chi tiết, cũng như các phần khác nhau của một chi tiết.
Trong phần này, các tham số được gán cho mặt hoặc cho vật liệu dựa trên tính chất thực tế của chúng Cụ thể, các thuộc tính của vật liệu được xác định bao gồm khối lượng riêng, hệ số Poisson, giá trị của đường cong chảy FLC và biểu đồ biến dạng của vật liệu.
Sau khi sử dụng công cụ Property/Section, chúng ta có thể tạo ra các mặt cắt cần thiết và gán các Partition thông qua Property/Assign Section Điều này giúp hoàn thiện quá trình xây dựng và gán vật liệu cho mô hình của chúng ta.
Hình 2 12 Thiết lập vật liệu
Modul này được thiết kế để tạo và chỉnh sửa các lắp ghép của các cụm mô hình Chức năng chính của nó là lắp ghép các bộ phận của mô hình, được xây dựng từ phần Part.
