Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực

Chia sẻ: Nguyễn Thái Hiền | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:154

Thêm vào BST

Báo xấu

170
lượt xem 42
download

Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 4 chương, luận văn tốt nghiệp "Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực" trình bày tổng quan về gia công áp lực, cơ sở lý thuyết, tính toán và mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn,... Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng một số quá trình gia công áp lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MOÂ PHOÛNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC GVHD: PGS.TS. TRƯƠNG TÍCH THIỆN SVTH: TRẦN KHOA LUẬT MSSV: K0801199
Tp Hồ Chí Minh, 01/2013 GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện ii SVTH: Trần Khoa Luật
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***** ***** NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Khoa: KHOA HỌC ỨNG DỤNG Bộ môn: CƠ KỸ THUẬT Họ và tên: TRẦN KHOA LUẬT MSSV: K0801199 Ngành : CƠ KỸ THUẬT Lớp: KU08CKT1 1. Đầu đề luận văn MÔ PHỎNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung ban đầu): - Tìm hiểu quá trình dập sâu và gia công bằng thủy lực. - Nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết dẻo. - Thực hiện tính toán mô phỏng hai quá trình dập sâu và gia công thủy lực co T bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng chương trình ANSYS/LS DYNA và chương trình HYPERVIEW để phân tích kết quả. - Khảo sát các sự thay đổi tham số hình học và chế độ tải lên kết quả bài toán. - Kiểm nghiệm các công thức thiết kế và so sánh với kết quả thực tế, từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị. 3. Ngày giao nhiệm vụ: 05.09.2012. 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27.12.2012. 5. Họ và tên người hướng dẫn: PGS.TS. Trương Tích Thiện. Hướng dẫn 100%. Nội dung yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn. Ngày 05 tháng 09 năm 2012 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Kí và ghi rõ họ tển) (Kí và ghi rõ họ tên) TS. VŨ CÔNG HÒA PGS.TS. TRƯƠNG TÍCH THIỆN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận án:
LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành là kết quả quá trình học tập và nghiên cứu trong những năm học đại học của các sinh viên thực hiện. Bên cạnh những nỗ lực của sinh viên, thành công của luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ của tập thể các thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh trong quá trình học tập cũng như lúc thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn – Ts. Trương Tích Thiện cùng tập thể các thầy cô trong bộ môn cơ kỹ thuật, phòng thí nghiệm cơ học đã tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Cũng trong dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, tập thể lớp cơ kỹ thuật đã hỗ trợ chúng tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. TP.HCM, tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện Trần Khoa Luật i
TÓM TẮT NỘI DUNG Luận văn tập trung nghiên cứu quá trình gia công áp lực với hai bài toán dập sâu và chế tạo co T. Để hiểu rõ hơn quá trình này, ban đầu luận văn tiến hành nghiên cứu các phương pháp khác nhau để giải bài toán biến dạng dẻo, bao g ồm: các công thức giải tích, công thức thực nghiệm và phương pháp phần tử hữu h ạn. Vì nh ững đặc điểm riêng của từng phương pháp nên phương pháp giải tích và phương pháp thực nghiệm được dùng để tính toán các kích thước cơ bản của khuôn và phôi d ựa vào yêu cầu của bài toán, trong khi đó, phương pháp phần tử hữu hạn được dùng để tiến hành mô phỏng tính toán nhằm kiểm tra và đưa ra các kích th ước và qui trình hợp lý hơn. Mô hình sẽ được tạo ra và mô phỏng bằng chương trình ANSYS/LSDYNA sau đó được kiểm tra kích thước và hư hỏng với gi ản đồ giới hạn gia công bằng chương trình HyperView và so sánh với k ết qu ả thực nghi ệm. Ngoài ra, luận văn còn xem xét các tình huống thay đổi kích thước hình h ọc, t ải tác dụng, hiện tượng springback. Từ khóa: Lý thuyết dẻo, Sheet metal, Deepdrawing, HydroForming, Residual stress, Tee brand, FEA, LS-DYNA, HyperView, FLDs ii
MỤC LỤC KÝ HIỆU........................................................................................................................ VIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC..................................................1 1.1 Giới thiệu................................................................................................................... 1 1.2 Các quá trình gia công áp lực phổ biến cho kim loại tấm....................................... 3 1.3 Tổng quan về khuôn dập.......................................................................................... 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................... 13 2.1 Mô hình ứng xử đơn trục trong chảy dẻo.............................................................. 13 2.2 Quan điểm Lagrange và quan điểm Euler về mô tả chuyển động........................ 16 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn............................................................................... 18 2.4 Lý thuyết tiếp xúc va chạm.................................................................................... 29 2.5 Chia lưới thích ứng (Adaptive meshing)................................................................. 43 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN.....................................................................................................................46 3.1 Tính toán và mô phỏng bài toán dập sâu................................................................. 46 3.2 Phân tích ảnh hưởng của một số điều kiện khác trong quá trình dập.................. 86 3.3 Mô phỏng bài toán tạo co T bằng thủy lực............................................................ 90 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................ 117 4.1 Kết luận................................................................................................................. 117 4.2 Kiến nghị.............................................................................................................. 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 119 PHỤ LỤC........................................................................................................................ 120 A. Bài toán dập sâu..................................................................................................... 120 iii
B. Bài toán gia công co T bằng thủy lực................................................................... 130 C. Chương trình LS-DYNA....................................................................................... 139 D. Chương trình HyperView...................................................................................... 142 iv
DANH MỤC HÌNH v
vi
DANH M ỤC B ẢNG vii
KÝ HIỆU Ứng suất và biến dạng σ hoặc σ n ứng suất pháp τ hoặc σ t ứng suất tiếp σ s hoặc σ o ứng suất chảy σ ứng suất tương đương ε biến dạng pháp Các thông số vật liệu E mô đun Young ν hệ số Poission ρ khối lượng riêng k hệ số cứng n hệ số mũ biến cứng c vận tốc lan truyền âm thanh Các ký hiệu khác {} vec tơ [] ma trận || || độ lớn vec tơ fn lực pháp tuyến ft lực tiếp tuyến v vận tốc trượt x, y, z hoặc x1 , x 2 , x 3 các tọa đồ Đềcác α hệ số nhân của hệ số ma sát β khoảng chuyển tiếp giữa vùng ma sát và vùng trượt µ hệ số ma sát W năng lượng viii
Chương 1: Tổng quan CH ƯƠNG 1: T ỔNG QUAN V Ề GIA CÔNG ÁP L ỰC 1.1 Giới thiệu Phương pháp gia công áp lực là phương pháp gia công dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực nhằm làm thay đổi hình dáng, kích thước của phôi theo ý muốn. Với các ưu điểm khử được một số khuyết tật như rỗ khí, rỗ co làm tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao. Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc và dễ tiến hành cơ khí, tự động hóa nên năng suất cao và giá thành hạ. Về cơ bản, có thể phân loại các phương pháp gia công áp lực thành những loại sau Phương pháp cán (rolling). Phương pháp kéo, ép kim loại (extrusion, drawing). Rèn tự do (forging). Dập nóng, dập nguội (stamping). Trong điều kiện giới hạn về thời gian, luận văn chỉ tập trung vào vấn đề gia công áp lực cho tấm mỏng mà cụ thể là trong quá trình dập sâu và quá trình gia công co T bằng thủy lực. Công nghệ cán liên tục ngày nay đã tạo ra các tấm mỏng có chất lượng cao với giá thành thấp. Phần lớn kim loại tấm được tạo ra bằng cách cán nóng hoặc nguội, sau đó chúng được đưa vào sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất máy móc, công trình xây dựng, bình chứa hóa chất, thực phẩm và rất nhiều ứng dụng tương tự khác. So với các phương pháp như đúc, cắt gọt…phương pháp gia công áp lực cho năng suất cao và giảm giá thành đáng kể, ngoài ra, các tính chất của sản phẩm như hình dáng, khối lượng, độ dày, độ bóng, tính thẩm mĩ được kiểm soát tốt hơn. Công nghệ dập kim loại đã có những bước tiến lớn khi mà những vật liệu có môđun đàn hồi và môđun dẻo cao, do đó sản phẩm sau khi được tạo hình có độ cứng, tỉ số giữa độ bền trên khối lượng ngày càng lớn và có cơ tính GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 1 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan vượt trội so với các phương pháp khác như đúc, cắt gọt. Trong điều kiện sản xuất hàng loạt, sử dụng khuôn dập cho năng suất cao nhất. GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 2 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan 1.2 Các quá trình gia công áp lực phổ biến cho kim loại tấm 1.2.1 Quá trình tạo phôi (blanking and piercing) Thông thường kim loại tấm được bảo quản ở dạng cuộn, quá trình đầu tiên là trải phẳng và cắt thành từng tấm nhỏ, những tấm nhỏ này có thể được đưa vào khuôn dập tạo hình hoặc cắt thành từng miếng nhỏ hơn. Tuy không đây chưa hẳn là quá trình gia công áp lực nhưng vẫn được khảo sát do tính phổ biến của nó vì hầu hết phôi kim loại tấm được tạo thành theo cách này. Ở đây, sau khi phôi được tạo thành, vùng rìa bị biến cứng, điều này sẽ gây ra khó khăn trong quá trình dập tiếp theo. Hình 1.1: Sản phẩm sau khi dập cắt 1.2.2 Quá trình uốn (bending) Quá trình uốn đơn giản nhất là tạo nếp gấp thẳng trên tấm kim loại. Đặc điểm của quá trình này là chỉ có khu vực bị uốn (nhỏ) chịu biến dạng, phần còn lại thì không. Nếu kim loại không đồng nhất hoặc có khuyết tật, hư hỏng vẫn có thể xuất hiện ngoài vùng uốn, và ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi (springback) là đáng kể. GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 3 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan Hình 1.2: Quá trình tạo góc lượn bằng phương pháp uốn 1.2.3 Quá trình ép dãn đều (stretching) Đây là quá trình tạo hình trong đó phần lớn tấm kim loại được kéo dãn và uốn đồng thời bằng trên khuôn.Vùng biên của phôi được cố định và chày có dạng khối liền ép vào phôi theo phương đứng. Ứng suất kéo xuất hiện ở vùng biên và ứng suất nén xuất hiện tại vùng tiếp xúc giữa đe và tấm kim loại. Hình 1.3: Quá trình ép dãn đều 1.2.4 Quá trình tạo lỗ (hole extrution) Quá trình mở rộng lỗ đã có sẵn và tạo thêm viền (flanger) ở một phía của phôi. GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 4 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan Hình 1.4: Kết quả quá trình tạo lỗ 1.2.5 Quá trình dập (stamping, draw die forming) Quá trình dập được xem là quá trình gia công áp lực rộng rãi nhất. Nó có thể loại bỏ nhiều thành phần của một chi tiết mà trước đây muốn liên kết phải dùng mối hàn, đinh tán. Mặc dù phương pháp dập đã được áp dụng từ rất lâu nhưng thời gian và giá thành cho việc chế tạo khuôn vẫn còn rất tốn kém do phải làm nhiều mẫu thử, đặc biệt khi phải chế tạo những chi tiết có: - Biên dạng của chi tiết phức tạp - Ma sát giữa phôi và khuôn biến đổi liên tục - Các quá trình giãn nở vì nhiệt, chế độ dập… - Hiện tượng đàn hồi (springback) sau khi tháo khuôn Trong quá trình dập tạo hình, có ba quá trình cơ bản: - Dập sâu (deep drawing) - Dập lại (redrawing) - Dập vuốt (ironing) GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 5 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan Hình 1.5: Sản phẩm của quá trình dập sâu. 1.2.6 Quá trình gia công thủy lực (fluid forming, hydroforming) Trong quá trình này, áp lực lưu chất thay thế cho vị trí của chày trong các quá trình dập thông thường. Trong phương pháp gia công thủy lực, phôi bị chảy dẻo và điền đầy chỗ trống chủ yếu bằng áp lực lưu chất. Ưu điểm của phương pháp này là khuôn đơn giản, ít chi tiết vì vậy giá thành rẻ hơn so với việc chế tạo khuôn nhiều phần. Một ưu điểm khác của phương pháp này là tạo ra những sản phẩm có hình dạng phức tạp như co X, co T, các loại ống nhiều mặt cắt (profile) mà không phải dùng đến phương pháp đúc nhưng vẫn đảm bảo được cơ tính và sự đồng đều vật liệu.Ngoài ra, do sử dụng lưu chất nên tránh được các hiện tượng dãn nở về nhiệt, giảm thiểu ma sát, an toàn trong vận hành. Nhược điểm chính của phương pháp là đòi hỏi áp lực cao, độ kín khít của khuôn và thời gian để chuẩn bị lâu hơn so với các phương pháp khác. Với ưu điểm an toàn, rẻ tiền, tạo ra được những biên dạng phức tạp mà không cần phải hàn nhiều chi tiết phương pháp gia công bằng thủy lực ngày càng được áp dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực đường ống và công nghiệp ô tô. GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 6 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan Hình1.6: Co T đ ược sản xuất bượ Hình 1.6: Co T đ c sản xu ằng ph ất bằng phủươ ương pháp th ng pháp th y lực ủy lực 1.3 Tổng quan về khuôn dập Khuôn dập trước đây được chế tạo theo kiểu “thử sai” nên phải làm và chỉnh sửa rất nhiều, hơn nữa ta cũng không biết chế độ gia công hợp lý nên khi phương pháp số ra đời giúp dự đoán và cải thiện đáng kể số mẫu thử cũng như đưa ra chế độ gia công hợp lý, làm giảm chi phí chế tạo đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. 1.3.1 Phân loại khuôn dập Tùy theo cấu tạo hay cách thức làm việc mà người ta phân loại các khuôn khác nhau, trong khuôn khổ của Luận Văn chỉ trình bày hai loại khuôn dập thường được sử dụng: GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 7 SVTH: Trần Khoa Luật
Chương 1: Tổng quan khuôn phức hợp (Compound dies) Hình 1.7: Khuôn phức hợp Khuôn phức hợp bao gồm các bộ phận được chế tạo với yêu cầu cao về độ chính xác, tốc độ làm việc so ở mức trung bình. Khuôn này có một phần “đế” cố định và các phần khác độc lập với nhau thực hiện nhiều nhiệm vụ như dập nổi, cắt, tạo lỗ…Ở kiểu khuôn này, không có sự kết hợp liên tục của các quá trình liên tiếp để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh. Một biến thể của khuôn phức hợp là khuôn kết hợp (combination dies): đặc điểm nổi bật của khuôn này là có thể gia công phôi liên tiếp mà không phải tháo khuôn, điển hình của khuôn loại này là khuôn tandem. Hình 1.8: Khuôn tandem GVHD: PGS.TS. Trương Tích Thiện 8 SVTH: Trần Khoa Luật