Luận văn: Nghiên cứu phương pháp xác định độ chính xác gia công trên máy công cụ

Phân tích toàn diện Phương pháp xác định độ chính xác gia công cơ khí hiệu quả mang tính hệ thống, nâng cao năng lực chuyên môn cho giáo dục đào tạo

• Tác giả: Nguyễn Văn Hiến
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đắc Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Gia Công Áp Lực
• Đề tài: Mô Phỏng Số Quá Trình Ép Chảy Thuận Ống Nhôm Đối Xứng Trục Ở Trạng Thái Nóng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm cơ bản về độ chính xác gia công cơ khí

Độ chính xác gia công cơ khí là mức độ phù hợp giữa kích thước, hình dạng và vị trí thực tế của sản phẩm so với yêu cầu thiết kế. Đây là một trong những tiêu chí quan trọng nhất trong kiểm soát chất lượng sản phẩm và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ bền và tính an toàn của các bộ phận máy móc. Trong quá trình tối ưu hoá công nghệ gia công, việc xác định và kiểm soát độ chính xác là yêu cầu bắt buộc. Các sai lệch có thể phát sinh từ nhiều nguyên nhân như độ cứng của máy, lực gia công, nhiệt độ, và các yếu tố môi trường khác. Việc hiểu rõ các nguồn gốc của sai lệch giúp nâng cao chất lượng gia công và giảm thiểu tỷ lệ sản phẩm lỗi trong sản xuất.

1.1. Các loại sai lệch trong gia công cơ khí

Sai lệch kích thước, sai lệch hình dạng và sai lệch vị trí là ba loại sai lệch chính trong gia công. Sai lệch kích thước liên quan đến độ lớn của chi tiết, sai lệch hình dạng ảnh hưởng đến độ tròn, độ thẳng, độ phẳng. Sai lệch vị trí bao gồm độ song song, độ vuông góc và độ đồng tâm. Mỗi loại sai lệch cần được kiểm soát nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo lắp ráp chính xác và hoạt động bền vững.

1.2. Ảnh hưởng của độ chính xác đến chất lượng sản phẩm

Độ chính xác cao đảm bảo các chi tiết lắp ráp khít khao, giảm rung động và mài mòn trong quá trình sử dụng. Sai lệch quá lớn gây ra lỗi lắp ráp, tăng chi phí bảo trì và rút ngắn tuổi thọ thiết bị. Trong các ngành như ô tô, hàng không vũ trụ, cơ khí chính xác, yêu cầu về độ chính xác là vô cùng nghiêm ngặt.

II. Phương pháp xác định độ chính xác hiệu quả

Phương pháp xác định độ chính xác bao gồm việc lựa chọn công cụ đo lường phù hợp, thiết lập quy trình kiểm tra chuẩn và phân tích dữ liệu thu được. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và tự động hoá, mô phỏng số đã trở thành công cụ hữu hiệu để dự đoán độ chính xác trước khi gia công. Phương pháp này cho phép các nhà sản xuất tối ưu hoá quy trình gia công, giảm chi phí thiết kế và nâng cao hiệu suất sản xuất. Việc kết hợp kinh nghiệm sản xuất với công nghệ mô phỏng giúp xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng và cải thiện liên tục chất lượng sản phẩm.

2.1. Phương pháp đo lường và kiểm tra trực tiếp

Kiểm tra trực tiếp sử dụng các dụng cụ đo lường như thước cặp, panme, máy đo tọa độ (CMM). Phương pháp này cung cấp dữ liệu chính xác nhưng tốn thời gian và chi phí. Kiểm soát chất lượng thường xuyên giúp phát hiện sai lệch sớm, cho phép điều chỉnh quy trình kịp thời để đạt yêu cầu thiết kế.

2.2. Mô phỏng số và tối ưu hoá công nghệ

Mô phỏng số sử dụng phần mềm như ANSYS cho phép phân tích quá trình gia công, dự đoán sai lệch tiềm tàng. Phương pháp này giúp tối ưu hoá tham số gia công như nhiệt độ, áp lực, tốc độ cắt mà không cần thực hiện nhiều bài thử. Nâng cao chất lượng và giảm chi phí sản xuất là lợi ích chính.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính cứng của máy, chất lượng công cụ cắt, tính chất vật liệu, điều kiện môi trường và kỹ năng của người vận hành. Trong quá trình gia công áp lực, như ép chảy ống nhôm, các yếu tố cơ-nhiệt như nhiệt độ nóng chảy, áp lực ép, tốc độ biến dạng có ảnh hưởng quyết định. Việc kiểm soát các tham số này đảm bảo sản phẩm đạt độ chính xác yêu cầu. Tối ưu hoá công nghệ không chỉ giảm sai lệch mà còn nâng cao hiệu suất sản xuất và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

3.1. Yếu tố về máy móc và công cụ

Độ cứng của máy gia công ảnh hưởng trực tiếp đến sai lệch kích thước. Công cụ cắt phải sắc và bền, để giữ ổn định quá trình gia công. Bảo dưỡng máy định kỳ giúp duy trì độ chính xác, giảm sai lệch ngẫu nhiên trong sản xuất liên tục.

3.2. Yếu tố vật liệu và điều kiện gia công

Tính chất vật liệu như độ dẻo, cường độ, độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến khả năng gia công. Trong gia công áp lực nóng, nhiệt độ và áp lực phải được kiểm soát chặt chẽ. Mô phỏng cơ-nhiệt giúp xác định điều kiện tối ưu cho chất lượng sản phẩm cao nhất.

IV. Ứng dụng thực tế và xu hướng phát triển

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, tối ưu hoá công nghệ gia công bằng mô phỏng số trở thành xu hướng tất yếu. Các doanh nghiệp sản xuất ô tô, hàng không, cơ khí chính xác đang áp dụng rộng rãi phương pháp mô phỏng để nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, và tăng năng suất sản xuất. Ở các nước phát triển, mô phỏng số đã trở thành công cụ tiêu chuẩn trong phát triển sản phẩm. Tại Việt Nam, mặc dù vẫn còn mới mẻ, nhưng ứng dụng mô phỏng tại các viện nghiên cứu và đại học đã mở đường cho chuyển giao công nghệ vào ngành sản xuất công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong gia công áp lực nóng

Ép chảy ống nhôm ở trạng thái nóng là ứng dụng tiêu biểu của tối ưu hoá công nghệ. Sử dụng mô phỏng cơ-nhiệt với ANSYS, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán dòng chảy vật liệu, phân bố ứng suất, và đảm bảo chất lượng gia công theo yêu cầu. Sản phẩm gia công có độ chính xác cao, giảm tỷ lệ phế phẩm và chi phí sản xuất.

4.2. Xu hướng phát triển và khuyến nghị

Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và machine learning vào mô phỏng số sẽ cho phép tự động hoá quá trình tối ưu hoá. Các doanh nghiệp cần đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực để nâng cao năng lực sản xuất. Chuyển giao công nghệ từ nghiên cứu vào sản xuất công nghiệp là ưu tiên hàng đầu cho phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ ép chảy, các phương pháp ép chảy, ưu nhược điểm của từng phương pháp và ứng dụng. MUC LUC Lời nói đâu œ Bảng các ký hiệu đa Chương l: Tổng quan vẻ công nghệ ép chây œ IL Khái quát chung + 12 Các phương pháp ép chấy 6 12.1 Ép chảy thuận 12.2 Ép chảy ngược " 12. Ép chây hôn hợp 12 124. Ép chảy ống 13 12.3 Ép chảy với hành trình ngắn 14 L3 Các bước công nghệ của quá trình ép chảy 15 1⁄4 Mục đích nghiên cứu của luận văn 18 Chương II: Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng, lực và công trong quá trình ép chảy IL1 Trạng thấi ứng suất, lực và công biến dạng khi ép chảy 1.1 Trạng thái ứng suất 19 111.2 Lực và công biến dạng 19 14.3 Quan hệ giữa lực và hành trình chày ép 23 11.

Đặc diễn chảy của kùm laại trong ép chảy 24 H2 Tính toán công nghệ khiép chãy 27 11.1 Vùng thoát hình trụ ï 28 112. Vàng hình côn ÏI 29 112. Vùng chứa phôi hình tru II 35 BẢNG CÁC KÝ THIỆU ký hiệu Ý nghĩa Bon vi do Ao Diện tích mật cất ngang phoi ban dan mn? A, | Digntich mal cal ugang sau pham | um c Nhiệt dụng riêng, J/kg.K dy Đường kính bau dầu của phôi xun E [Mô đan đành | Pa Fees Lực biến dạng cần thiết KN.m G |Môđmndli | MPa K |Hệsdnnh | Wink Kea (Ứng suất chảy trung bình mi i Chiều dài của phôi ban đâu mn 1 Chiến dài của phôi san ép mm T Í Nhiệt độ myệt dối CS °K | Nhiệt độ nóng chy | OK T Ten xơ ứng suất We | Công biếu dạng cẩu thiết KNau V |Thể tíchbiếndạp | mm œ Góc thoát cối ép. độ „6; |Biếndạngchnh = —SCS~=CSY Cường độ biến dạng Tée de én dang Mức độ biến dạng chính te Mức độ biến dạng chính lớn nhất a TÍệ số nhân đèo MUC LUC Lời nói đâu œ Bảng các ký hiệu đa Chương l: Tổng quan vẻ công nghệ ép chây œ IL Khái quát chung + 12 Các phương pháp ép chấy 6 12.1 Ép chảy thuận 12.2 Ép chảy ngược " 12.

Ép chây hôn hợp 12 124. Ép chảy ống 13 12.3 Ép chảy với hành trình ngắn 14 L3 Các bước công nghệ của quá trình ép chảy 15 1⁄4 Mục đích nghiên cứu của luận văn 18 Chương II: Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng, lực và công trong quá trình ép chảy IL1 Trạng thấi ứng suất, lực và công biến dạng khi ép chảy 1.1 Trạng thái ứng suất 19 111.2 Lực và công biến dạng 19 14.3 Quan hệ giữa lực và hành trình chày ép 23 11. Đặc diễn chảy của kùm laại trong ép chảy 24 H2 Tính toán công nghệ khiép chãy 27 11.1 Vùng thoát hình trụ ï 28 112. Vàng hình côn ÏI 29 112.

Vùng chứa phôi hình tru II 35 41.24 Áp lực riêng đối với các dạng khuôn khác nhau. 37 I3 Nghiên cứu công ngi chảy bằng phương pháp mô phỏng số 38 14 Kếtluận 48 Chương III: Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phông số quá trình hiến dạng tạo hình 49 TI.I Khái quát chung về mô phỏng số 49 III.2 Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phóng số quá trình biến đạng fạo hình.1 Giới thiệu chung về phần mâm ANSYS 51 1H22 Các bước tiến hành mô phòng số trong ANSYS 52 II.3 Kết luận 72 Chương IV: Mö hình hoá quá trình ép chảy thuận ống dối xứng ở (rạng thái nóng, ứng dụng cho vi liệu nhỏm 73 IV.1 Các giả thuyết cơ bản 73 1V.2 Mô lình biến dạng của lim loại và hợp kim ở trạng thái nóng 75 TV.1 Phương trình liên tục 75 1V.2_ Phương trình cân bằng 75 1V.3 Phương trình truyền nhiệt 76 4. Phương trình thuộc tính 7T TV.5_ Phương trình chảy dão 8U TV.26 Tôm tẮI mô hình 82 IV.3 Ap dung dốt với hợp knn nhữm A356. Thiết lập bài toán biên cơ nhiệt 84 Ky hiéu Ý nghĩa Don vido a Hệ số ma sắt L Pp Mật độ khối lượng 7 G,,G,.G; | Ứng suất chính N/mn” o.

(Ứng suất tương đương, + Ma sát Tresca | v |Hesốpdjgmn | TV.5 Giải các bài toán biên cơ - nhiệt 86 4V.L Giải các bài tan biên ca học 86 1V.2 Giải bài toần biên nhiệt 90 V5.3 Ấp dụng dấi với bài toán ép chảy thuận ống đối xứng 6 trang thai néng 91 W5.1 Điều kiện biên cơ nhiệt của bài toán ép chảy ống 91 1V.2 Bài toán biên cơ học 93 4V 5.3 Bát toán biên nhiệt 95 IV.6 Kết {nan ụ7 Chương V: XIð phòng số quá trình ép chảy thuận ống đối xứng ở trang thái náng, ứng ii„ng cho vật liệu nhôm 98 V.I_ Nghiên cứu tối ưu dòng chảy trong quá trình ép chây 99 ống.2_ Mô lành hóa quá trình ép chay ống 103 V.1 Mô hình hình học 103 V22 Mô hình lưới phân tử 105 V.3 Mô hình vật liệu 106 V.24 Mô hình tiến xúc 108 V.3 Tiến hành mô phòng sế 109 V.4 Kết quả mô phỏng số 110 V.5 Kết lận 120 Kết luận 121 'Tài Hiệu tham khảo 123 MUC LUC Lời nói đâu œ Bảng các ký hiệu đa Chương l: Tổng quan vẻ công nghệ ép chây œ IL Khái quát chung + 12 Các phương pháp ép chấy 6 12.1 Ép chảy thuận 12.2 Ép chảy ngược " 12. Ép chây hôn hợp 12 124. Ép chảy ống 13 12.3 Ép chảy với hành trình ngắn 14 L3 Các bước công nghệ của quá trình ép chảy 15 1⁄4 Mục đích nghiên cứu của luận văn 18 Chương II: Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng, lực và công trong quá trình ép chảy IL1 Trạng thấi ứng suất, lực và công biến dạng khi ép chảy 1.1 Trạng thái ứng suất 19 111.2 Lực và công biến dạng 19 14.3 Quan hệ giữa lực và hành trình chày ép 23 11. Đặc diễn chảy của kùm laại trong ép chảy 24 H2 Tính toán công nghệ khiép chãy 27 11.1 Vùng thoát hình trụ ï 28 112.

Vàng hình côn ÏI 29 112. Vùng chứa phôi hình tru II 35 41.24 Áp lực riêng đối với các dạng khuôn khác nhau. 37 I3 Nghiên cứu công ngi chảy bằng phương pháp mô phỏng số 38 14 Kếtluận 48 Chương III: Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phông số quá trình hiến dạng tạo hình 49 TI.I Khái quát chung về mô phỏng số 49 III.2 Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phóng số quá trình biến đạng fạo hình.1 Giới thiệu chung về phần mâm ANSYS 51 1H22 Các bước tiến hành mô phòng số trong ANSYS 52 II.3 Kết luận 72 Chương IV: Mö hình hoá quá trình ép chảy thuận ống dối xứng ở (rạng thái nóng, ứng dụng cho vi liệu nhỏm 73 IV.1 Các giả thuyết cơ bản 73 1V.2 Mô lình biến dạng của lim loại và hợp kim ở trạng thái nóng 75 TV.1 Phương trình liên tục 75 1V.2_ Phương trình cân bằng 75 1V.3 Phương trình truyền nhiệt 76 4. Phương trình thuộc tính 7T TV.5_ Phương trình chảy dão 8U TV.26 Tôm tẮI mô hình 82 IV.3 Ap dung dốt với hợp knn nhữm A356.

Thiết lập bài toán biên cơ nhiệt 84 LỜI NÓI ĐẦU 'Trong nhứng năm gắn đây, cùng với sự phái triển mạnh mế của nều kinh tế, chất lượng sản phẩm yêu cần ngày càng cao, da dạng về mẫu mã, chẳng loại và phải đáp ứng nhanh chóng vẻ mát thồi gian. l2o vậy, tối im hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chỉ phí thiết kế, sản xuất và hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho fất cả các nhà sản xuất "Trước đây, khi công nghệ chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà không có tính tổng quát nên hiện quả thường không cao. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, diện tử, tự động hoá đã trợ giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh: chống và chính xác bàng phương pháp mô phông số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sắn xuất. Ở nước tà biện nay, mô phỏng số vẫn còu là một vấn dễ mới mẻ, hầu như chưa dược ứnp dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ dược nghiên cứu ở một số trường đại học cũng như các viện nghiên cửu.

ĐỂ góp phân vào sự phát triển chung của việc nghiêu cứu tối tu hoá công nghệ nhờ rõ phỏng số và thúc đẩy ứng dụng kết quả tối ưu vào sẵn xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên cứu và ứng dụng phương pháp mô phỏng sổ nhờ phần mềm ANSYS nhằm tối ưu hoá công nghệ ép chảy thuận ống nhôm đối xứng trục ở trạng thái nóng. Luận vău được trình bầy trong 5 chương. Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ ép chảy, các phương pháp ép chảy, ưu nhược điểm của từng phương pháp và ứng dụng. Chương 2 Trình bày những vấn dé co bản về trạng thái ứng suất.

biến dạng, lực và công trong quả trình ép chấy. Trong chương này còu trình bầy các dạng dòng chây của kim loại trong quá tình ép chấy. Cách tính toầu các thông số công nghệ của quá trình ép chấy theo phương pháp truyền thống, khả năng ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phỏng quá trình biến dạng tạo hình kim loại. Chương 3 Trình bày việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS vào mô phỏng số quá trình biến dạng tạo hình kim loại, đồng thời giới thiệu khả năng ứng dụng của phần mềm ANSYS.

Chương 4 Trong chương này trình bày mô hình biến dạng của vật liện ở trạng thái nóng dưới đạng một hệ phương trình toán lý tổng quát. Cách thiết lập bài toán biên cơ nhiệt, cách giải bài toán biên cơ nhiệt. ứng dụng cho bài toắn ép chẩy thuận ống đối xứng trục đối với vật liệu bằng nhôm. Chương 5$, tác giả đã tiến hành mô hình hóa và mô phỏng số quá trình ép chảy dựa trên trên biến dạng đẻo kim loại nhờ phản mềm ANSYS.

Đưa ra các mö hình hình học, mô hình vật liệu, mô hình phần ti và lưới phần tử, mô hình mặt tiếp xúc. Phần kết luận dưa ra một vài tổng kết quan trạng và hướng, phát triển tiếp theø của dễ tài. Hà nội, tháng 10 năm 2007 Tác giả BẢNG CÁC KÝ THIỆU ký hiệu Ý nghĩa Bon vi do Ao Diện tích mật cất ngang phoi ban dan mn? A, | Digntich mal cal ugang sau pham | um c Nhiệt dụng riêng, J/kg.K dy Đường kính bau dầu của phôi xun E [Mô đan đành | Pa Fees Lực biến dạng cần thiết KN.