TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ B/M GIA CÔNG ÁP LỰC
Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP KHỐI CHÍNH XÁC CHI TIẾT BÁNH RĂNG CÔN
CNĐT: ThS. Nguyễn Trung Kiên Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà nội www.giacongapluc.com
Hà Nội
3/2012
Mã số: B2010-01-342
Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP KHỐI CHÍNH XÁC CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN
Nội dung báo cáo:
1- Đặt vấn đề.
2- Phương pháp dập khối trong khuôn kín
3- Mô phỏng số QTBD
4- Xây dựng mô hình thực nghiệm.
5-Kết luận
Hà Nội
3/2012
2
1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Bánh răng côn răng thẳng (BRC) được ứng
dụng rộng rãi trong hầu hết các loại máy móc,
nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, an toàn
và tuổi thọ của máy vì vậy cần phải có phương
pháp chế tạo cho phù hợp.
Các phương án gia công cơ khí như: cắt,
phay, bào… vừa tốn vật liệu, thời gian và khó
đạt được cơ tính cần thiết.
Nghiên cứu công nghệ dập khối chính xác chế tạo chi tiết bánh răng côn răng thẳng
Hà Nội
3/2012
3
1. Đặt vấn đề 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối 4. Thực nghiệm
So sánh tiêu hao kim loại khi chế tạo bánh răng côn trong bộ visai ô tô (Z = 10, m = 8) bằng phương pháp cắt gọt và phương pháp dập theo [2]:
Các thông số so sánh
PP cắt gọt
PPdập
Trọng lượng phôi ban đầu (kg)
3,26
1,29
Trọng lượng chi tiết (kg)
0,92
0,92
Visai Ôtô
Tổng số lượng kim loại mất mát (kg)
2,34 (71,77%)
0,47 (33,8%)
Hà Nội
3/2012
4
1. Đặt vấn đề 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5. Kết luận 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm
2.1 BẢN VẼ CHI TIẾT BRC
Hà Nội
3/2012
5
- Mô đun m = 2 - Số răng Z = 18. - Góc côn vòng chia φ = 45 . - Đường kính vòng chia d = 36mm. - Đường kính đỉnh D0 = 38,83 mm. - Chiều dài răng b = 10 mm.
1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Phôi trụ được cắt đoạn, đưa vào nung đến nhiệt độ dập nóng (~1200 độ C). Sau đó phôi được chuyển sang lòng khuôn dập gắn sẵn trên máy dập ( như máy búa, METK). Ở đây quá trình dập xảy ra và ta nhận được vật dập. Vật dập sẽ được xử lý nhiệt và gia công cơ ở các nguyên công tiếp theo.
Hà Nội
3/2012
6
2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BRC
1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận
2.3 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH P/P
- Kích thước hình học của chày, cối.
- Lực ép của chày P, Lực chặn Q
- Thông số vật liệu
- Chế độ nhiệt
- Bôi trơn
Hà Nội
3/2012
7
- Tốc độ ép
1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận
2.4. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP:
ƯU ĐIỂM:
- Độ chính xác của bánh răng cao. - Thời gian tạo bánh răng ngắn. - Cơ tính của bánh răng tăng. - Thay đổi đường kính bên trong, lắp với trục. - Thao tác đơn giản - Thiết bị đơn giản, thông dụng.
NHƯỢC ĐIỂM:
Hà Nội
3/2012
8
- Kết cấu khuôn phức tạp. - Chế độ dập nóng khó khăn - Thiết bị tạo lực lớn. - Hiện tại chỉ phù hợp với chi tiết nhỏ
1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận
3.1 THUẬT TOÁN MÔ PHỎNG và TỐI ƯU
Chày
Phôi
Áo
Cối
Chày dưới
Hà Nội
3/2012
9
¼ Mô hình hình học 3D
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
3.2 HÌNH HỌC CHI TIẾT KHUÔN
CỐI CHÀY
ÁO CỐI
Hà Nội
3/2012
10
CHÀY DƯỚI
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
3.3. VẬT LIỆU MÔ PHỎNG
AISI 1045, Thép C45 (ISO: 1.0530) là loại thép thông dụng, có rất ít hợp kim với 0.45 %C.
Hà Nội
3/2012
11
Cài đặt thông số bài toán: - Số lượng phần tử: 22.000 - Hệ số ma sát tiếp xúc (shear): 0,3 - Tốc độ chày ép: V=50mm/s - Hành trình ép: H= 24 mm - Nhiệt độ phôi ép ban đầu: 1200oC
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
12
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
13
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
14
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
15
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
3/2012
Hà Nội
16
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn
Hà Nội
3/2012
17
Phương án 6
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
18
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – LỰC DẬP
1. Đặt vấn đề
4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số
4. Thực nghiệm 5. Kết luận
Hà Nội
3/2012
19
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – TRUYỀN NHIỆT
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – SO SÁNH MẪU
Mẫu thiết kế
Hà Nội
3/2012
20
Mô phỏng
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – SO SÁNH HƯỚNG THỚ
Hướng thớ bánh răng côn răng thẳng khi cắt gọt
Hà Nội
3/2012
21
Hướng thớ, hướng chảy khi dập
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
Hà Nội
3/2012
22
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu tối ưu
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
4.1 Thiết kế thực nghiệm
Khuôn thực nghiệm
Hà Nội
3/2012
23
Biểu diễn khuôn cắt một phần tư
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
4.2 Tiến hành thực nghiệm
Máy ép thủy lực -125T
Quan sát các bước ép
Mẫu phôi ép d=24mm, h=26mm
Hà Nội
3/2012
24
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
5.1 So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng
Hà Nội
3/2012
25
Sai khác về hình học không nhiều, đạt yêu cầu
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
5.2. SO SÁNH GIA CÔNG BRC BẰNG CẮT GỌT VÀ DẬP KHỐI
- Phôi ban đầu chuẩn bị đơn giản, dễ kiếm.
- Gá đặt, gia công dễ dàng, không cần thợ
bậc cao và máy móc chuyên dụng đắt tiền.
- Thời gian chế tạo được rút ngắn rất nhiều.
- Lượng kim loại mất mát thấp.
- Bánh răng sau dập cơ tính được tăng lên
Hà Nội
3/2012
26
đáng kể.
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 6. KẾT LUẬN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
5.3 KẾT LUẬN KHOA HỌC
Kết quả tương đồng giữa mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh tính
khả thi của phương pháp.
Phương pháp dập khối nguội bánh răng cỡ nhỏ phù hợp với vật liệu mầu
có mức độ biến dạng cao. Đối với chi tiết bánh răng lớn bắt buộc phải được
dập ở nhiệt độ cao.
Do yếu tố công nghệ không thể tránh khỏi các gia công cơ tinh như tiện lỗ,
phay mặt đầu… Chi tiết bánh răng sau dập đã có biên dạng răng hoàn chỉnh
chỉ cần qua mài và xử lý nhiệt.
Khó khăn còn tồn tại với phương pháp này là biện pháp chống quá tải
Hà Nội
3/2012
27
khuôn, cắt phôi chính xác và hệ thống tháo lắp khuôn tự động khi dập nóng.
1. Đặt vấn đề 4. Thực nghiệm 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT 6. KẾT LUẬN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5. Kết luận 3. Mô phỏng số 2. CN dập khối BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG
5.4 KẾT QUẢ ĐỀ TÀI
Nghiên cứu thành công phương pháp dập khối chính xác cho các chi tiết cỡ nhỏ (ví
dụ bánh răng côn) trong cơ khí.
Các báo cáo tổng quan, kết quả mô phỏng, kết quả thực nghiệm có tính tham khảo
cao và là cơ sở cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo.
Kết quả đề tài có thể ứng dụng để làm bài thí nghiệm dập khối chuyên ngành (bộ
khuôn, hướng dẫn vận hành, QTCN).
Tham gia đào tạo kỹ sư chuyên ngành và hội thảo khoa học cũng như công bố trên
tạp chí.
Công trình giải nhất nghiên cứu khoa học sinh viên cấp trường 2011.
Hà Nội
3/2012
28
Thực hiện đầy đủ các nội dung của thuyết minh đề tài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1
[1] Sách tra cứu rèn và dập khối: M.V.XTOROJEV
[2] Các phương pháp gia công bánh răng: PGS.TS. Trần Văn Địch, NXB khoa
học và kỹ thuật Hà Nội - 2003
[3] Công nghệ rèn và dập nóng. Lê Nhương - Nguyễn Ngọc Trân. NXB khoa
học và kỹ thuật Hà Nội - 1976
[4] Công nghệ dập tạo hình khối: Phạm Văn Nghệ - Đinh Văn Phong -
Nguyễn Mậu Đằng - Trần Đức Cứu - Nguyễn Trung Kiên. NXB Bách Khoa –
Hà Nội - 2008.
[5] Lý thuyết dập tạo hình: PGS.TS. Nguyễn Minh Vũ-PGS.TSKH. Nguyễn
Hà Nội
3/2012
Tất Tiến-TS. Nguyễn Đắc Trung: - Nxb Bách Khoa- Hà nội-2010.
Liên hệ: ThS. Nguyễn Trung Kiên
Hà Nội
3/2012
30
- Email: nguyentrungkien.dmf@gmail.com - Tel. +84.4.3.8692430
