Phương pháp nghiên cứu mới trong công nghệ dập tấm

    Sau khi có mô hình hình học của bài toán bao gồm mô hình chày, cối, tấm chặn, phôi, mô phỏng số được tiến hành theo các bước:

– Xây dựng mô hình thuộc tính biến dạng của phôi và dụng cụ gia công
– Chia lưới phần tử cho mô hình bài toán
– Thiết lập mô hình tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công
– Xây dựng mô hình điều kiện biên của bài toán như ràng buộc chuyển vị, lực…
– Giải bài toán nhờ tính toán phần tử hữu hạn (chạy bài toán mô phỏng)
– Xuất kết quả
– Phân tích đánh giá quá trình, chất lượng sản phẩm
– Hiệu chỉnh các thông số công nghệ đầu vào để hoàn chỉnh công nghệ

    Sau khi chạy bài toán mô phỏng, ta sẽ phân tích đánh giá quá trình biến dạng tạo hình và đánh giá chất lượng sản phẩm. Kết quả mô phỏng được thể hiện dưới các hình ảnh trực quan về trường phân bố ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng, chuyển vị… như trên hình 4. Thông qua các kết quả này, có thể đánh giá chính xác cả quá trình tạo hình, những khuyết tật như nhăn, rách, vị trí xảy ra khuyết tật trên phôi. Hình 4a biểu diễn lưới biến dạng của phôi tấm. Việc chia lại lưới tại vị trí nào nhiều sẽ thể hiện tại nơi đó biến dạng lớn và cần thiết phải kiểm tra độ chính xác về mặt hình học. Tại các vị trí biến dạng lớn (mầu đỏ trên biểu đồ hình 4b và 4c), vật liệu tấm bị biến mỏng nhiều (có thể lên đến 50%), tại đó tập trung ứng suất lớn và tạo ra các vùng mất ổn định có thể gây rách sản phẩm. Tại các vị trí trên mặt vành phôi xuất hiện sự tăng chiều dày, điều này gây nên hiện tượng nhăn.

Hình 4. Kết quả mô phỏng số quá trình dập tạo hình chi tiết tai trước xe con
a) Lưới biến dạng, b) Phân bố biến dạng trên phôi, c) Vị trí nguy hiểm

    Dựa vào hình ảnh phân bố biến dạng trên phôi có thể xác định chính xác các vùng nhăn, rách, vùng mất ổn định, vùng an toàn của vật liệu. Qua đó dễ dàng thay đổi các thông số công nghệ như lực chặn, ma sát hay kích thước hình học của dụng cụ gia công sao cho đạt được chất lượng sản phẩm cao nhất theo các chỉ tiêu:

– Đồng đều về chiều dày tấm, không có những vị trí biến mỏng quá nhiều
– Không xuất hiện nhăn trên phần vành
– Độ chính xác hình học của sản phẩm theo kích thước của dụng cụ gia công hay sản phẩm mẫu

    Dựa vào kết quả phân tích mô phỏng số, không chỉ cho phép tối ưu công nghệ mà còn có khả năng nghiên cứu phát triển và ứng dụng các phương pháp công nghệ mới nhằm dễ dàng điều khiển quá trình tạo hình hay nâng cao hơn nữa chất lượng của bề mặt sản phẩm dập. Để điều khiển lực chặn theo các vị trí kéo kim loại vào lòng cối, trên phần vành có thể bố trí gân vuốt và ta cũng tối ưu hình dạng gân, vị trí đặt gân vuốt ngay trong quá trình mô phỏng dập tạo hình. Kích thước hình dạng của phôi cũng được xác định một cách chính xác cho quá trình dập chi tiết.

    Kết quả của việc tối ưu quá trình dập tạo hình là bộ thông số công nghệ tối ưu đồng thời cho biết kích thước, hình dạng hình học của bề mặt chày cối (hình 5). Đây là cơ sở quan trọng để tiếp tục thiết kế tổng thể khuôn.

Hình 5. Hình dạng bề mặt dụng cụ gia công sau khi đã tối ưu

III. ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ KHUÔN DẬP VỎ XE ÔTÔ

    Dưới đây trình bày kết quả ứng dụng phương pháp mô phỏng số vào thiết kế tối ưu công nghệ dập tạo hình chi tiết tai trước xe ôtô con trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC.05.16 do Bộ môn Gia công áp lực, Khoa Cơ khí, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội thực hiện.

    Từ kết quả mô phỏng số, ta có được biến dạng, kích thước hình học của bề mặt khuôn dập và thiết kế được các chi tiết quan trọng nhất của bộ khuôn như chày, cối và chặn. Sau đó, việc thiết kế tổng thể bộ khuôn được thực hiện dựa trên việc thiết kế thêm các chi tiết khác như đế khuôn, áo chày, áo cối, dẫn hướng và các chi tiết trong hệ thống chặn. Khuôn dập chùm 2 chi tiết tai trước được thể hiện trên hình 6 và 7. Việc dập chùm 2 chi tiết sẽ tiết kiệm thời gian sản xuất, vật liệu tấm và quan trọng hơn là tạo ra sự đối xứng để đưa điểm đặt lực tổng hợp vào giữa khuôn tạo ra sự ổn định trong quá trình dập tạo hình.

Hình 6, 7 và 8

    Sau khi chế tạo khuôn, tiến hành lắp khuôn, hiệu chỉnh và dập thử trên máy ép thủy lực 1500 Tấn (hình 8). Công việc hiệu chỉnh và dập thử đơn giản và thực hiện khá nhanh do đã có các thông số công nghệ tối ưu dựa vào mô phỏng số. Chỉ sau 5 lần dập thử đã có được kết quả sản phẩm chi tiết tai trước như trên hình 9. Sản phẩm dập có chất lượng tốt, bề mặt nhẵn bóng, độ chính xác về kích thước đảm bảo theo chi tiết mẫu.

IV. KẾT LUẬN

    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. Phương pháp này cho phép giảm thiểu thời gian thiết kế, chỉnh sửa khuôn mẫu, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm, đồng thời giảm thiểu các chi phí chế tạo và dập thử. Thông qua mô phỏng số, người kỹ sư nhanh chóng tối ưu các thông số công nghệ và khuôn mẫu sao cho tránh được các khuyết tật như nhăn, rách sản phẩm, đồng thời tạo ra công nghệ hợp lý nhất vừa tiết kiệm nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyen Dac Trung, FE-Simulation of hydro deep drawing process, National mechanical conference VII, 27.- 28.8.2004, Volume 2, pp. 641-648.
2. Nguyen Dac Trung, Application drawbead by forming of complicated parts, Journal of Science & Technology N0 56/2006, pp. 74-78
3. ESI Group, PAM-DIEMAKER- Rapid Die Design, Stamping Professional Pack -Added Value Options for Sheet Metal Forming Professionals, 2004
4. Nguyen Dac Trung, Influence of process parameters on the product properties by using hydro-mechanical forming, Proceeding Field wise seminar in manufacturing engineering, Hanoi 28-29 August 2007

[/symple_box][symple_clear_floats]