Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu mô phỏng số trong thiết kế công nghệ và khuôn dập chi tiết nắp capo xe ô tô

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN THANH THỦY NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP CHI TIẾT NẮP CAPO XE Ô TÔ Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Thái Nguyên 2011 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. - Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn Đắc Trung Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Phản biện 1: PGS. TS Vũ Ngọc Pi Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên - Phản biện 2: TS. Trần Minh Đức Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------------------- TRẦN THANH THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP CHI TIẾT NẮP CAPO XE Ô TÔ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG Phản biện 1: PGS. TS VŨ NGỌC PI Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Phản biện 2: TS TRẦN MINH ĐỨC Đại học Kỹ thật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN Ngày 08 tháng 12 năm 2011 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Những năm gần đây, chủ trương nội địa hóa các sản phẩm trong công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp sản xuất ô tô tại Việt Nam được rất nhiều doanh nghiệp quan tâm và hiện thực hóa. Trong công nghiệp sản xuất ôtô, Gia công áp lực có vai trò hết sức quan trọng, chiếm 35% số lượng chi tiết trong một chiếc xe hoàn chỉnh. Hầu hết các chi tiết vỏ xe ôtô đều được chế tạo bằng phương pháp Gia công áp lực, cụ thể là công nghệ tạo hình vật liệu tấm để chế tạo các chi tiết vỏ xe, các chi tiết khung, dầm, gầm xe; công nghệ dập khối để chế tạo các chi tiết trong bộ truyền động, động cơ. Để phát triển ngành công nghiệp sản xuất ôtô trong tương lai cần thiết phải phát triển lĩnh vực “Gia công áp lực” tại Việt Nam và đưa công nghệ này ứng dụng tại các nhà máy sản xuất ôtô. Ở nước ta, thiết kế công nghệ và khuôn mẫu để sản xuất các chi tiết vỏ ô tô có kích thước lớn, hình dạng không gian phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao là vấn đề còn mới mẻ, mới chỉ dừng lại ở một vài nghiên cứu ở các trường Đại học, chứ hầu hết khuôn dập và công nghệ đều nhập ngoại. Sau khi chế tạo được các chi tiết vỏ, chúng được lắp ghép chính xác với nhau bằng phương pháp hàn hoặc gấp mép các chi tiết với yêu cầu kỹ thuật, độ chính xác lắp ghép rất cao. Do đó, việc thiết kế công nghệ dập, thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có những nét đặc thù so với các chi tiết thông thường. Nếu không nắm được những nét đặc thù này và có những biện pháp công nghệ thích hợp trong thiết kế công nghệ và chế tạo khuôn thì sẽ khó tránh khỏi những tổn thất lớn về kinh tế, bởi lẽ giá thành của các bộ khuôn dập ô tô là rất cao. Dựa trên yêu cầu cấp thiết về nghiên cứu qui trình công nghệ và thiết kế khuôn dập chi tiết vỏ xe ô tô tại nhiều doanh nghiệp trong nước nhằm giảm thiểu nhập khẩu khuôn mẫu, nâng cao tính tự chủ trong công nghệ đối với các nhà kỹ thuật trong nước và nâng cao trình độ thiết kế công nghệ, tôi đã tìm hiểu và lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế công nghệ và khuôn dập chi tiết vỏ xe ôtô”. Tôi nhận thấy đây là một đề tài vừa mang tính nghiên cứu khoa học vừa rất thực tế. Kết quả nghiên cứu của đề tài chắc chắn sẽ góp phần đáng kể trong việc ứng dụng công nghệ mới vào thiết kế công nghệ và khuôn dập các chi tiết lớn, hình dạng phức tạp tại các nhà máy chế tạo ô tô tại Việt Nam. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN II. CỨU 2.1. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu công nghệ chế tạo các chi tiết lớn, có hình dạng phức tạp - Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số trong tối ưu công nghệ dập tạo hình - Nghiên cứu qui trình công nghệ chế tạo chi tiết cụ thể trong vỏ xe (chi tiết capo hoặc chi tiết nắp cốp sau xe) - Thiết kế các bộ khuôn dập. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu công nghệ và thiết kế khuôn dập cỡ lớn để chế tạo vỏ xe ô tô, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu tài liệu, lý thuyết kết hợp với mô phỏng trên máy tính, khảo sát thực tế tại các nhà máy, so sánh thiết kế công nghệ bằng mô phỏng số với sản xuất thực tiễn. 3.3. Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo các chi tiết vỏ xe ô tô bằng công nghệ dập tạo hình. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ “ảo” trong thiết kế và tối ưu công nghệ. Thiết kế khuôn dập chi tiết vỏ xe và tiên tới đưa ra qui trình chế tạo, gia công, lắp ráp và dập thử nghiệm. Đề tài được thực hiện với sự hỗ trợ của các doanh nghiệp sản xuất xe ô tô trong nước. I. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ bổ sung kiến thức vào lĩnh vực nghiên cứu công nghệ ảo trong thiết kế công nghệ và khuôn dập các chi tiết cỡ lớn. - Ứng dụng mô phỏng số trong tối ưu công nghệ dập tạo hình - Nghiên cứu phương pháp thiết kế công nghệ các chi tiết lớn, hình dạng không gian phức tạp 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ được triển khai ứng dụng trong việc thiết kế công nghệ và chế tạo các bộ khuôn cỡ lớn để chế tạo các chi tiết vỏ xe con, xe khách tại các doanh nghiệp sản xuất xe ô tô trong nước, giảm thiểu nhập khẩu, nâng cao trình độ, năng lực thiết kế cho đội ngũ kỹ thuật trong nước, giúp họ làm chủ công nghệ chế tạo các chi tiết vỏ xe nói riêng và các chi tiết lớn, vỏ mỏng, hình dạng phức tạp trong công nghiệp. CHƢƠNG I: VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ XE Ô TÔ 1.1 Vài nét về thiết kế công nghệ dập tấm 1.1.1 Khái niệm chung Công nghệ tạo hình kim loại tấm (dập tấm) là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn. Sở dĩ dập tấm ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: có thể cơ khí hoá và tự động hoá cao, năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu và tận dụng được phế liệu, đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên Công nghệ dập tấm mà đặc biệt trong đó là dập vuốt được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện dân dụng, thiết bị y tế là nhờ những ưu điểm nổi bật như: - Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn. - Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể làm được hoặc rất khó khăn. - Độ chính xác của các chi tiết dập tấm cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công cơ. - Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại - không lớn. - Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá, do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm. - Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương. - Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm. - Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao. - Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công những vật phi kim như: Techtolit, hêtinac và các loại chất dẻo 1.1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản xuất các chi tiết dạng tấm Qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, chÕ t¹o s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt d¹ng tÊm trong n-íc S¬ ®å thiÕt kÕ CN chÕ t¹o c¸c chi tiÕt dËp tÊm t¹i c¸c n-íc tiªn tiÕn 1.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm dập vuốt 1. 2 Cơ sở kiến thức về công nghệ dập vỏ ô tô 1.2.1 Định nghĩa, phân loại chi tiết vỏ ô tô 1.2.2 Thiết kế công nghệ dập các chi tiết vỏ 1.2.3 Khuôn dập vuốt các chi tiết vỏ 1.2.4 Vật liêu sử dụng trong công nghệ dập vỏ ô tô 1.2.5 Ví dụ thiết bị thực hiện CHƢƠNG II: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT NẮP CAPO 1.1 Xây dựng qui trình công nghệ 1.1.1 Phân tích hình dáng hình học của chi tiết 1.1.2 Xác định phƣơng dập 2.1.3 Phần bù công nghệ 2.1.4 Tính toán phôi 1.2 Chọn phƣơng án công nghệ Qua ph©n tÝch, ta ®-a ra c¸c ph-¬ng ¸n c«ng nghÖ nh- sau: Ph-¬ng ¸n 1: - C¾t ph«i. - DËp t¹o h×nh. - C¾t biªn. - §ét lç bªn. - GÊp mÐp s¬ bé. - GÊp mÐp hoµn chØnh. Ph-¬ng ¸n 2: - C¾t ph«i. - §ét lç. - DËp t¹o h×nh- c¾t mÐp phèi hîp. - GÊp mÐp s¬ bé. - GÊp mÐp hoµn chØnh Ph-¬ng ¸n 3: - C¾t ph«i. - DËp t¹o h×nh. - §ét lç- c¾t mÐp phèi hîp. - GÊp mÐp s¬ bé. - GÊp mÐp hoµn chØnh. Ph©n tÝch c¸c ph-¬ng ¸n, ta lùa chän ph-¬ng ¸n 1 lµ hîp lý nhÊt ®èi v× ph-¬ng ¸n 2 vµ 3 ®Òu ph¶i sö dông khu«n phèi hîp v× vËy t¨ng sù phøc t¹p kh«ng cÇn thiÕt. Cô thÓ c¸c nguyªn c«ng trong Qui tr×nh c«ng nghÖ ®-îc thùc hiÖn trong b¶ng sau: Tªn TT nguyªn c«ng 1 2 C¾t ph«i DËp t¹o h×nh B¸n thµnh phÈm 3 C¾t mÐp 4 §ét lç 5 GÊp mÐp s¬ bé GÊp mÐp 6 hoµn thiÖn 2.3 Tính toán công nghệ và lựa chọn thiết bị cho các nguyên công 2.3.1 Nguyên công dập tạo hình 2.3.2 Nguyên công cắt mép 2.3.3 Nguyên công đột lỗ 2.3.4 Nguyên công gấp mép sơ bộ 2.3.5 Nguyên công gấp mép hoàn thiện CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT 3.1 Các bƣớc thực hiện bài toán mô phỏng Tr×nh tù thùc hiÖn m« h×nh hãa qu¸ tr×nh vµ m« pháng sÏ ®-îc thùc hiÖn theo c¸c b-íc sau ®©y: TiÒn xö lý (Pre-Processing) TiÒn xö lý lµ m« ®un ®Çu vµo, bao gåm c¸c b-íc sau: + X©y dùng m« h×nh h×nh häc + §Þnh kiÓu phÇn tö + Lùa chän m« h×nh vËt liÖu + Chia l-íi phÇn tö h÷u h¹n + X©y dùng bµi to¸n tiÕp xóc + X©y dùng bµi to¸n biªn Gi¶i bµi to¸n (Solution) TÝnh to¸n phÇn tö h÷u h¹n ®Ó x¸c ®Þnh ph©n bè øng suÊt, biÕn d¹ng, chuyÓn vÞ, nhiÖt ®é …. HËu xö lý (Post-Processing) Xem xÐt ph©n tÝch kÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸ chÊt l-îng s¶n phÈm. NÕu cÇn thiÕt ph¶I ®iÒu chØnh ta sÏ quay trë l¹i b-íc thay ®æi th«ng sè ®Çu vµo. Tr×nh tù c¸c b-íc tiÕn hµnh m« pháng sè 3.2 Mô phỏng quá trình dập tạo hình M« h×nh chia l-íi cña ph«i 3.3 Kết quả mô phỏng số Ph©n bè biÕn d¹ng t¹i c¸c vïng kh¸c nhau trªn s¶n phÈm CHƢƠNG IV: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM NHỜ ĐẶT GÂN KẸP VÀ GÂN VUỐT TRÊN HỆ THỐNG CHẶN 4.1 Tác dụng của gân vuốt trong hệ thống chặn S¶n phÈm dËp vuèt h×nh hép ch÷ nhËt cã sö dông chÆn víi g©n vuèt 4.2 Xây dựng mô hình tính toán giải tích gân vuốt M« h×nh x¸c ®Þnh lùc kÐo ph«i qua g©n vuèt 4.3 Thực nghiệm xác định trở lực kéo qua gân vuốt KÕt qu¶ so s¸nh trë lùc g©n vuèt gi÷a tÝnh to¸n (TT) vµ thùc nghiÖm (TN) C¸c th«ng sè h×nh häc cña g©n TT vuèt s (mm) rB rN p H (mm) (mm) (mm) (mm) FB (TT) FB (TN) 1 1.0 7 3 1.5 10 200 192 2 0.8 7 3 1.5 10 142 145 3 0.7 7 3 1.5 10 95 91 4 1.0 5 3 1.25 7 180 182 5 0.8 5 3 1.25 7 120 118 6 0.7 5 3 1.25 7 74 76 4.4 Ứng dụng hệ thống chặn có gân vào quá trình tạo hình chi tiết nắp capô xe con Gân bố trí trên bề mặt cối Gân bố trí trên bề mặt tấm chặn