Phương pháp nghiên cứu mới trong công nghệ dập tấm

Việc ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế, tính toán, tối ưu công nghệ dập tạo hình hoàn toàn phù hợp với trình độ sản xuất hiện nay tại Việt Nam, đặc biệt đối với khuôn dập các chi tiết lớn, hình dạng phức tạp như vỏ ôtô.

A new research method on sheet metal forming technology

Nguyễn Đắc Trung, Lê Trung Kiên, Nguyễn Trung Kiên, Phạm Tiến Trung, Nguyễn Văn Thành
Bộ môn Gia công áp lực, Khoa Cơ khí, Trường ĐHBK Hà Nội

TÓM TẮT

   Hiện nay, tại Việt nam ngày càng có nhiều doanh nghiệp sản xuất ô tô mong muốn ứng dụng công nghệ dập tấm để sản xuất các chi tiết khung, vỏ xe. Tuy nhiên, với các dạng chi tiết có kích thước lớn, phức tạp cần phải có công nghệ dập tạo hình phù hợp để nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất. Trong bài báo dưới đây sẽ trình bày phương pháp nghiên cứu mới dựa trên mô phỏng số nhằm phân tích quá trình tạo hình các chi tiết dập tấm có hình dạng phức tạp. Các kết quả mô phỏng sẽ được ứng dụng để tối ưu công nghệ và khuôn mẫu dập các chi tiết vỏ xe ô tô.

ABSTRACT

   Nowaday, more and more Vietnamese automotive companies would like to improve on deep drawing tech- nologies for producing of frame and car body parts. But, for those parts with large size and complex shape, it requires suitable forming technologies to enhance quality and at once to reduce the cost for manufacturing. This article presents a new method by numerical simulation as a tool for formability analysis of stamped complex parts. The results with the simulation are applied for optimization of technology and forming die for manufacturing of car body parts.

GIỚI THIỆU

    Đa phần vỏ xe ôtô là các chi tiết vỏ mỏng, có kích thức lớn và hình dạng phức tạp. Để sản xuất công nghiệp các chi tiết vỏ xe, một trong những phương pháp hữu hiệu nhất không thể thay thế được cho đến nay tại hầu hết các quốc gia có nền sản xuất xe ôtô hiện đại đó là công nghệ dập tấm. Các bộ khuôn dập thường có kích thước và hình dạng tương tự như chi tiết, nên khuôn dập vỏ ô tô sẽ có kích thước, khối lượng lớn, hình dạng phức tạp. Như vậy, giá thành của các bộ khuôn rất cao, mất nhiều thời gian thiết kế, chế tạo (một bộ khuôn dập thường có giá thành lên đến vài triệu USD) [1]. Tại Việt nam, việc tính toán thiết kế khuôn dập vỏ ôtô mới chỉ bắt đầu từ 5 năm trở lại đây và chỉ căn cứ vào kinh nghiệm theo các chi tiết dập thông thường khác. Sau khi hoàn chỉnh thiết kế công nghệ sẽ thực hiện gia công chế tạo khuôn, dập thử, hiệu chỉnh, sửa khuôn. Quá trình dập thử và hiệu chỉnh này thường phải lặp đi lặp lại nhiều lần và không tránh khỏi tổn thất về thời gian cũng như kinh phí. Trong năm 2007-2008, sự đầu tư và phát triển mạnh mẽ vào công nghiệp ôtô Việt nam với mong muốn nâng cao tỷ lệ nội địa hóa sản phẩm khung, vỏ xe đã đặt ra cho các nhà kỹ thuật phải nâng cao trình độ chuyên môn và áp dụng hướng nghiên cứu công nghệ mới nhằm giảm chi phí sản xuất vỏ xe, rút ngắn thời gian thiết kế, chế thử, cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm.

    Chính vì vậy, nghiên cứu phương pháp mô phỏng số quá trình dập tạo hình, ứng dụng công nghệ thông tin vào thiết kế tính toán nâng cao độ chính xác công nghệ và khuôn với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng được xem là hướng đi đúng và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Căn cứ vào kết quả mô phỏng số sẽ xác định được qui trình công nghệ tối ưu như số lần dập tạo hình, các thông số công nghệ của quá trình biến dạng như lực dập, lực chặn, ma sát và sẽ có được kích thước hình học, biến dạng của dụng cụ gia công một cách hợp lý.

    Hình 1 trình bày trình tự các bước thực hiện từ thiết kế sản phẩm, qua thiết kế công nghệ, chế tạo khuôn, dập thử, đánh giá chất lượng sản phẩm và cuối cùng đưa ra sản xuất công nghiệp [2]. Trong các khâu này, việc tối ưu công nghệ và khuôn đóng vai trò quan trọng hàng đầu, phải được thực hiện nhờ mô phỏng số để giảm thiểu các rủi ro sai hỏng khi thiết kế công nghệ. Công việc mô phỏng số quá trình dập tạo hình được thực hiện “ảo” trên máy tính cần phải được nghiên cứu, phát triển bởi nó không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn đơn giản khi thay đổi mẫu mã sản phẩm cũng như giúp cho người kỹ sư có được đánh giá tổng quan và chính xác về quá trình tạo hình và chất lượng sản phẩm sau này.

Hình 1. Các bước thực hiện từ thiết kế sản phẩm đến sản xuất công nghiệp

2. NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN NHỜ MÔ PHỎNG

    Số Tối ưu công nghệ dập tạo hình và khuôn mẫu có nghĩa là cần thiết phải xác định được các yếu tố ảnh hưởng như lực công nghệ, lực chặn, hành trình chày, hành trình chặn, ma sát phụ thuộc thời gian và kích thước hình học khuôn như góc lượn cối… phù hợp để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao nhất. Quá trình tính toán thiết kế khuôn và tối ưu công nghệ này đều được thực hiện dựa vào mô phỏng số trên máy tính (hình 2) [3]. Đầu tiên, sản phẩm mẫu (chi tiết) được số hoá dưới dạng mô hình 3D. Mô hình này ban đầu là tập hợp của nhiều điểm trong không gian hoặc có thể là mô hình lưới. Sau đó, mô hình sẽ được dựng ở dạng mặt. Đây sẽ là mô hình cơ sở cho việc thiết kế mô hình hình học của khuôn (chày, cối, chặn) và phôi như trên hình 3.

Hình 2.  Tính toán thiết kế khuôn dập vỏ ô tô dựa trên mô phỏng số

Hình 3. Mô hình bài toán dập vỏ ô tô [4]