Luận văn: Nghiên cứu sự hình thành khuyết tật do mất ổn định trong dập khối

Luận văn phân tích sâu nguyên nhân hình thành khuyết tật do mất ổn định trong dập khối. Trình bày mô phỏng và các giải pháp công nghệ hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Quang Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đắc Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Hình Thành Khuyết Tật Do Mất Ổn Định Trong Đập Khối
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Dập Khối và Mất Ổn Định

Dập khối là một công nghệ chế tạo máy quan trọng trong tạo hình vật liệu, được sử dụng rộng rãi để tạo ra các chi tiết máy có độ chính xác cao. Tuy nhiên, trong quá trình dập khối, mất ổn định là một khuyết tật phổ biến gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm. Khuyết tật gập (wrinkle defect) là hiện tượng gấp nếp xuất hiện trên bề mặt hoặc bên trong chi tiết khi không có đủ điều kiện ứng suất tối ưu. Sự hình thành khuyết tật này xuất phát từ việc mất cân bằng giữa các lực tác dụng lên phôi trong khuôn dập. Nghiên cứu sự hình thành khuyết tật do mất ổn định giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về cơ chế biến dạng dẻo và đưa ra những giải pháp thiết kế khuôn dập hiệu quả.

1.1. Định Nghĩa Mất Ổn Định Trong Dập Khối

Mất ổn định trong công nghệ dập khối là tình trạng khi phôi không thể duy trì trạng thái cân bằng ứng suất - biến dạng trong quá trình thành hình. Điều này dẫn đến sự phát triển không kiểm soát của biến dạng dẻo, tạo nên các khuyết tật như gấp,皱褶 hoặc tập trung ứng suất. Hiện tượng này thường xảy ra khi chiều cao phôi quá lớn so với chiều dày hoặc khi tốc độ dập không phù hợp.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Này

Việc nghiên cứu sự hình thành khuyết tật giúp tối ưu hóa quy trình dập khối, giảm thiểu sản phẩm lỗi và nâng cao hiệu suất sản xuất. Thông qua mô phỏng số và phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn, các kỹ sư có thể dự đoán và ngăn chặn khuyết tật trước khi xảy ra trong thực tế.

II. Nguyên Nhân Gây Mất Ổn Định Trong Quá Trình Dập Khối

Mất ổn định trong dập khối có nhiều nguyên nhân khác nhau liên quan đến thiết kế khuôn, tính chất vật liệu và điều kiện gia công. Khi phôi chịu tác dụng của lực nén từ khuôn dập, nếu áp suất không được phân bố đều, sẽ xuất hiện những vùng yếu dễ bị nấu gấp. Khuyết tật gấp thường phát sinh khi chiều cao phôi quá lớn, làm giảm độ cứng vốn của chi tiết, hoặc khi vận tốc dập quá nhanh khiến vật liệu không có thời gian biến dạng đều. Ngoài ra, thiết kế khuôn không chính xác cũng là nguyên nhân chính gây ra mất ổn định. Các phương trình cơ bản về liên tục, cân bằng lực và quan hệ giữa ứng suất - biến dạng giúp giải thích rõ hơn cơ chế này.

2.1. Ảnh Hưởng Của Hình Học Phôi

Chiều cao và chiều dày phôi có ảnh hưởng quyết định đến sự ổn định trong dập khối. Khi tỷ lệ chiều cao/chiều dày tăng lên, nguy cơ mất ổn định tăng đáng kể. Các mô phỏng số cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa hình học phôi và sự hình thành khuyết tật gấp.

2.2. Vai Trò Của Thiết Kế Khuôn Dập

Khuôn dập có kích thước và độ chính xác yêu cầu cao để đảm bảo phân bố lực đều trên toàn bộ phôi. Khi thiết kế khuôn không đúng thông số, sẽ tạo ra các điểm tập trung ứng suất, gây khuyết tật. Khuôn trân có dạng cân bằng có thể giúp giảm thiểu khuyết tật này.

III. Giải Pháp Tối Ưu Để Giảm Khuyết Tật Do Mất Ổn Định

Để giảm khuyết tật gập và tối ưu hóa quá trình dập khối, cần áp dụng các giải pháp thiết kế và gia công toàn diện. Mô phỏng số sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) cho phép dự đoán chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trước khi sản xuất. Bằng cách điều chỉnh hình học khuôn để phân bố lực đều và tối ưu hóa tốc độ dập, có thể kiểm soát được biến dạng dẻo. Ngoài ra, lựa chọn vật liệu phù hợp với độ dẻo cao và thiết kế quy trình chồn phôi (nếu cần) trong nhiều bước nhỏ cũng giúp giảm mất ổn định. Việc sử dụng khuôn có form hình học tiên tiến và áp suất gia công được kiểm soát chính xác là chìa khóa để đạt chất lượng sản phẩm cao.

3.1. Ứng Dụng Mô Phỏng Số Trong Thiết Kế

Phương trình liên tục, cân bằng và quan hệ ứng suất - biến dạng được lập trình trong các phần mềm mô phỏng để tính toán quá trình biến dạng dẻo. Các trường hợp mô phỏng khác nhau giúp kiểm tra độ nhạy của thiết kế đối với những thay đổi nhỏ trong thông số gia công, từ đó tìm ra điều kiện tối ưu nhất.

3.2. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Khuôn Dập

Khuôn dập có dạng cân bằng và bộ phôi được thiết kế chính xác sẽ giúp giảm tập trung ứng suất. Qua các nghiên cứu, khuôn trân có dạng cân bằng cho thấy khả năng loại bỏ khuyết tật gấp hiệu quả hơn 60% so với thiết kế thông thường.

IV. Kết Quả Thực Nghiệm và Ứng Dụng Thực Tiễn

Các mô phỏng số trên bài toán dập khối chi tiết ống và bánh răng côn răng thẳng đã cho thấy những kết quả đáng khích lệ. Thông qua việc phân tích đồ thị lực và biểu đồ mối quan hệ giữa chiều cao phôi và mất ổn định, các nhà nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu cho mỗi loại chi tiết. Sản phẩm cuối cùng sau khi chồn dạng 3D cho thấy khuyết tật gập đã được kiểm soát tốt khi áp dụng các giải pháp tối ưu hóa. Những phát hiện này có thể áp dụng trực tiếp vào sản xuất thực tế để nâng cao chất lượng và giảm tỷ lệ phế phẩm. Các quy trình chồn phôi nhiều bước đã chứng tỏ hiệu quả trong việc loại bỏ khuyết tật do mất ổn định trong chi tiết bu lông và bánh răng.

4.1. Kết Quả Mô Phỏng Quá Trình Chồn Phôi Ống

Quá trình chồn phôi ống được mô phỏng qua các giai đoạn cho thấy sự phát triển của biến dạng dẻo được kiểm soát tốt. Bản đồ lực và phân bố ứng suất trên phôi ở cuối quá trình cho thấy giải pháp thiết kế khuôn tối ưu đã đạt được mục tiêu giảm khuyết tật.

4.2. Ứng Dụng Cho Sản Xuất Công Nghiệp

Các giải pháp tối ưu này đã được áp dụng trong sản xuất chi tiết bánh răng và bu lông với hiệu quả cao. Tỷ lệ khuyết tật gập giảm từ 15-20% xuống còn 2-5% khi áp dụng thiết kế khuôn cân bằng và quy trình chồn nhiều bước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, củng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, chất lượng sản phẩm yêu câu ngày cảng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và phải đáp ửng nhanh chóng về mặt thời gian. De vậy, tối wu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chỉ phí thiết kế, sản xuất và hạ giá thành sản phẩm luôn là tiên chỉ hàng đâu cho tắt cả các nhà sản xuất. Trước đây, khi công nghệ chưa phát trên, tối tru hoá công nghệ thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất vá tôi uu dan trong quá trinh sản xuất má khẳng có tính tổng quát nên hiện quả thưởng không cao. Trong những năm gan day, cing voi str phat triển mạnh mẽ của công nghệ thông tín, điện tử, tự động hoá đã trợ giúp quá trình tối ưu hoả công nghệ một cách đơn giản, nhanh chỏng và chính xác bằng, phương pháp mô phòng số trên máy tỉnh đem lại hiệu quả cao trong nghiên cứu hoa hee cũng như trong sản xuất.

Ở nước ta hiện nay, mô phóng số vẫn còn là một vấn để mới mé, hau như chưa được ứng dụng phê biến vao sản xuất má chỉ được nghiên cứu ở một số trường đạt học cũng như các viện nghiên cứu. Dễ góp phân vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu tốt tu hoà công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy ứng dụng kết đả tối tru vào sản xuất công nghiệp, luận văn nảy tập chưng nghiên cứn khuyẻt tật “Gấp” là khuyết tật bay xảy ra trong công nghệ đập khối và ứng dựng phương pháp mê phỏng số nhở phần mễm DEFORM_ nhằm lỗi ưu hoá công nghệ dập khối để tránh được khuyết tật này, luận văn được trình bây trong 4 chương Chương 1 giỏi thiệu tổng quan vẻ công nghệ dập khỏi, mô hình quá trình dập khối, đặc điểm, các dạng sản phẩm của quả tỉnh đập khối, ngoài ra còn giới thiệu về các khuyết tật xảy ra ở các nguyên công trong quá trình đập khối QUÁ TRÌNH BIẾN DANG DEO TRONG BAI TOAN CTION.1 Các phươngtrình cơ bản,.1 Phươngtrình liên tụe. Phương trình cân bằng 49 3. Phuong trinh quan hé gifra img suét va bién dang.

Phương trình điểu hòa. Thiết lập mô hình bải toán chỗn phôi ống, 31 3.1 Mô hinh hình học.2 MO hin Vat Li6t. M6 hink vat hin cho dung cu gia công.2 Mö hình vật liệu dùng cho phôi. Mô hình lưới phân tử.

Mô hình tiếp xúc.3 Nghién cửu khảo sát quả trinh biển đạng mắt ổn định. gây khuyết tật "Gắp" trong bài toán chẳn phôi ống,. Mô phòng quá trinh chồn phôi ông,. Tiên hành mô phỏng số.3 Các trường hợp mô phỏng.2 Trường hợp 2 61 3.8 Trường hợp 3.4, Kết quả mô phỏng.

- - 68 Chương 4 - NGHIÊN CỬU BÀI TOÁN DẬP KHÔI CLH TIẾT Ổ BANTT RANG CON RẰNGTHẲNG 69 4. Mé hinh hoa qua Hình dập chỉ tiết ông nổi - 70 4.1 Mô hình hình học. - 70 2 Hình ` nghĩa Trang 221 | Biấn dạng của phôi qua các quá trình 4 3.33 —_ | Phản bỗ ứng suất trên phôi ở cuỗi quả trình 4ã 3.33 | Kỗ quả mồ phông số áp chây thuận nghịch với 46 bộ khuẩn thiếtkế chưa chính xác 2.24 |Nđẫu thứ nghiệm với bộ khuôn thiết kế chưa chính xác 4 2.25 | Kết quá mô pháng sô áp chây thuận nghịch với bộ khuôn để 47 tối tra 31 Mé hink hinh hoc bai todn chin phai dng s2 3.2 | Dường cong chảy của vật liệu 5A 3.3 | Phén tit solid v6? 10 nitt va solid véi 8 nắt 55 3.4 | Mo kink fect phan tir bai toán chân phôi Gag 35 3.5 | Cặp tiếp xúc giữa khuôn và phôi $6 3.6 | M6 kink 2D 64% loan chon phat ong 38 753.18 | Hinh duh phi mat én định trong qué wink chin 364 3.19 | Hàng kết quả của quá trình chấn phôi ông S5 3.30 | Dé thi mỗi quan hệ giữa chiều dày phôi và mất dn định khi 66 chiều cao phôi tha đổi 3.31 | Đã tị mỗi quan hệ giữa chiễu cao phôi và mất an định khi 67 chiều đây phối thay đồi 41 Mô hình 3ï2 của mô hình hình học 4.Mé hình lưới của bài toán 43 | Hình dáng phôi ban đấm 444 |Ađô phông quả trình chân phôi Ống qua cáo giai đoạn 45 | Sản phẩm cuỗi cùng sau khi chon dang 3D 46 | Kết cấu khuân khi đập bánh rằng côn rằng thẳng 47 ĐÃ thị lực trong dập tao hình bánh răng côn răng thăng Chương 2 trình bảy các kết quả nghiền cửn về sự bình thành mái ổn định trong kết cầu, các dạng khuyết tật của sân phẩm trong, đập khỏi, nghiên cửu và chỉ ra các nguyễn nhân gây nẻn khuyết tật đỏ vả các biện pháp khắc phục. Vấn để vẻ xây dụng mô hình bài toản chỏn phôi ông được trình bảy trong chượng 3.

Đây là một dạng phỏi chưa đuợc sử đụng nhiều trong đập khối, nhưng lai rất phủ hợp với các sản phẩm có lỗ lắp ghép. Tuy nhiên khi đập khối, phôi rỗng, thường din đến mắt ốn định và gây ra khuyết tật nên cần được xem xét khảo sát một cách cơ bản nhất. Dụa trên lý thuyết cơ ban va qua các mô phỏng các trường hop khác nhau của phôi ổng đề từ đỏ tim ra qui luật biển dạng mắt ồn định khi chon phôi ống bằng phần mềm DEFORM. Chương 4 nghiền cứu khảo sắt bài toán đập tạo hinh chỉ tiết khớp nổi và bánh.

răng có áp đụng những kết quả nghiên cửu Irong chương 3 để trảnh xảy ra khuyết tật gấp trong sản phảm, đồng thời nâng cao chất lượng chỉ tiết dap. Thân kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trong và hướng phát triển tiếp theo cia dé tai. Tia néi, thing 09 nam 2011 Tác giả DANH MUC BANG, HINH VẼ, ĐỒ THỊ Tình 'Ý nghĩa Trang 11 Sơ đã khi của quá trình dập khốt 11 12 Phân loạt dập khôi 12 13 | Các sân phẩm đập khối điển hình 13,14 14 | Các loại thế bị 15,16 1.5 So dé bai toan chân 17 16 Phải rên vuốt (Khi lạ/z lên] 18 L7 Đập khi trang khuân hở 19 18 Sơ để bài toán áp chảy thuận phôi có tiết điền ngang tròn 22 21 Thanh chin káo nên 5 32 | Thanh chịu xoẩn 26 23 | Thanh chiu udn doc 27 24 | Sơ đổ nguyên công chân phôi 29 25 kết quả saw các quá trình chân phôi 30 26 Phéi bi cong do mat én định trong quá trình chẩn 31 27 Sdn phẩm Bu lông bị khuyết tột sau khi chân 31 28 | Quả trình đập Bu lông 32 29 — [khighsd chon Vd 7 thì cân thiết phdi chan 3 bude 32 3.10 | Khi sổ chốn Vid — 12 thủ câu thiết phải chân 5 bước 33 2.11 Khuôn trân có dạng cân đã tránh mất én dinh khi chân 34 3.12 Chỉ tiết bánh răng sau khi cht 35 132. | Hình ảnh mô phẳng quá trình dận chỉ tiết 36:38 2.16 | Hình ảnh mô phông đập chỉ tiết dạng hình trụ 39 2.17 Khuôn được tối tụ hóa trong quá trình đập 40 2.18 | Các khuyết tật của chỉ tiết trong nguyên công ép chảy thuận AL 2.19 |Äđ6 hình bài toán áp cháy ngược 42 2.20 | M6 hinh lưới phần từ chía cho phôi 4 BANG CAC KY HIEU Ky higu ¥ nghia Mã đun đàn hồi “M6 dun cat Ủng suất chấy rung hình — Chiếu đái của phối ban đân ˆ Đụ, &2, Đà Bị 1 “Mặt độ khôi lượng.

ke Ứng suấtghính ˆ N/mmỸ “ha suấttmong đương ”” Nin" “Ma sát Tresca H số poisson 4.2 Mê hình lưới phân tử.13 Kết quả mở phỏng số quá trình chỗn phôi dng ở trạng thải nguội với phản mềm DEFORM.4 Dánh giá kết quả sau khi muô phông, quá trình chền chỉ tiết ởng nối. Mô hình hóa quá trình đập chỉ tiết bánh răng côn rằng thẳng với phần mềm DEFORM.1 Mô hình hình học.2 Mô hình lưới phân lử 4.3 Kết quả mô phông.4 Đánh giá kết quả san khi đập chỉ tiết bánh răng còn răng thẳng,. nữ HH HH1 g g ri erdreeirie KÉT LUẬN VÀ KIÊK NGHỊ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình ` nghĩa Trang 221 | Biấn dạng của phôi qua các quá trình 4 3.33 —_ | Phản bỗ ứng suất trên phôi ở cuỗi quả trình 4ã 3.33 | Kỗ quả mồ phông số áp chây thuận nghịch với 46 bộ khuẩn thiếtkế chưa chính xác 2.24 |Nđẫu thứ nghiệm với bộ khuôn thiết kế chưa chính xác 4 2.25 | Kết quá mô pháng sô áp chây thuận nghịch với bộ khuôn để 47 tối tra 31 Mé hink hinh hoc bai todn chin phai dng s2 3.2 | Dường cong chảy của vật liệu 5A 3.3 | Phén tit solid v6? 10 nitt va solid véi 8 nắt 55 3.4 | Mo kink fect phan tir bai toán chân phôi Gag 35 3.5 | Cặp tiếp xúc giữa khuôn và phôi $6 3.6 | M6 kink 2D 64% loan chon phat ong 38 753.18 | Hinh duh phi mat én định trong qué wink chin 364 3.19 | Hàng kết quả của quá trình chấn phôi ông S5 3.30 | Dé thi mỗi quan hệ giữa chiều dày phôi và mất dn định khi 66 chiều cao phôi tha đổi 3.31 | Đã tị mỗi quan hệ giữa chiễu cao phôi và mất an định khi 67 chiều đây phối thay đồi 41 Mô hình 3ï2 của mô hình hình học 4.Mé hình lưới của bài toán 43 | Hình dáng phôi ban đấm 444 |Ađô phông quả trình chân phôi Ống qua cáo giai đoạn 45 | Sản phẩm cuỗi cùng sau khi chon dang 3D 46 | Kết cấu khuân khi đập bánh rằng côn rằng thẳng 47 ĐÃ thị lực trong dập tao hình bánh răng côn răng thăng Chương 2 trình bảy các kết quả nghiền cửn về sự bình thành mái ổn định trong kết cầu, các dạng khuyết tật của sân phẩm trong, đập khỏi, nghiên cửu và chỉ ra các nguyễn nhân gây nẻn khuyết tật đỏ vả các biện pháp khắc phục.

Vấn để vẻ xây dụng mô hình bài toản chỏn phôi ông được trình bảy trong chượng 3. Đây là một dạng phỏi chưa đuợc sử đụng nhiều trong đập khối, nhưng lai rất phủ hợp với các sản phẩm có lỗ lắp ghép. Tuy nhiên khi đập khối, phôi rỗng, thường din đến mắt ốn định và gây ra khuyết tật nên cần được xem xét khảo sát một cách cơ bản nhất. Dụa trên lý thuyết cơ ban va qua các mô phỏng các trường hop khác nhau của phôi ổng đề từ đỏ tim ra qui luật biển dạng mắt ồn định khi chon phôi ống bằng phần mềm DEFORM.

Chương 4 nghiền cứu khảo sắt bài toán đập tạo hinh chỉ tiết khớp nổi và bánh. răng có áp đụng những kết quả nghiên cửu Irong chương 3 để trảnh xảy ra khuyết tật gấp trong sản phảm, đồng thời nâng cao chất lượng chỉ tiết dap.