Nghiên cứu mô phỏng số trong thiết kế công nghệ và khuôn dập chi tiết nắp capo xe ô tô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG 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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Thái Nguyên 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG 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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

Thái Nguyên 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ

CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP CHI TIẾT NẮP CAPO XE Ô TÔ

Học viên: Trần Thanh Thủy

Lớp: CHK12-CTM

Chuyên ngành: Chế tạo máy

Người HD Khoa học: PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

Ngày giao đề tài:

Ngày hoàn thành:

KHOA SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI NÓI ĐẦU

Trên tiến trình hội nhập và phát triển của nền kinh tế, 5 năm gần đây,

Việt Nam đã đạt được những thành công đáng kể trong sản xuất công nghiệp.

Để tiếp tục tăng trưởng và tăng trưởng bền vững, một thách thức đặt ra cho

chúng ta là phải xây dựng và phát triển nền sản xuất chuyên môn hóa cao, sản

phẩm hàng hoá đa dạng, mềm dẻo, thoả mãn mục tiêu cạnh tranh trên thị

trường nội địa và từng bước chiếm lĩnh thị trường thế giới.

Đứng trước thách thức và vận hội, Việt nam đã và đang đầu tư không

ngừng vào các lĩnh vực sản xuất công nghiệp và lấy cơ khí làm trọng tâm đầu

tư. Đây cũng là kinh nghiệm thành công của nhiều nước trên thế giới. Hiện

tại, nền cơ khí Việt Nam đang lạc hậu với hầu hết máy móc và công nghệ của

những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Do vậy, mục tiêu trước mắt và lâu dài đặt

ra cho chúng ta là phải cải tiến nâng cấp thiết bị và không ngừng phát triển,

cập nhật các công nghệ sản xuất tiên tiến.

Trong sản xuất Cơ khí, gia công áp lực (GCAL) luôn thể hiện được tính ưu

việt là năng suất cao, chất lượng tốt, sản phẩm đa dạng phong phú và khả năng

thay đổi kiểu loại dễ dàng, phù hợp với sản xuất loạt lớn, nên đang được đầu tư

phát triển rất nhanh cả về thiết bị và công nghệ. Lĩnh vực GCAL đang được coi là

một trong những trọng tâm của chiến lược phát triển cơ khí Việt Nam trong vòng

10 năm tới. Trong vài năm gần đây, nhiều đề tài cấp bộ, cấp quốc gia, cấp thành

phố và cả đề tài hợp tác quốc tế được thực hiện ở nhiều trường Đại học, viện

nghiên cứu và doanh nghiệp tập trung nghiên cứu thiết kế các quy trình công nghệ

sản xuất các chi tiết xe ô tô, xe máy, thiết bị chịu áp lực, tàu thủy, y sinh… và đồng

thời nghiên cứu chế tạo các thiết bị thực hiện các quy trình công nghệ đó.

Hiện nay, ở Việt nam đã có nhiều doanh nghiệp sản xuất ô tô và lĩnh vực sản

xuất ô tô đang được ưu tiên phát triển, song chủ yếu vẫn là lắp ráp. Nhiều doanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

nghiệp muốn nâng cao tỷ lệ nội địa hóa bằng việc sản xuất các chi tiết khung vỏ xe

và các chi tiết khác trong xe. Trong nền công nghiệp sản xuất ôtô, gia công áp lực

có vai trò hết sức quan trọng. 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. Tại những

chỗ cần độ cứng vững thì sẽ được ghép từ hai hoặc ba lớp với nhau, các lớp này

được ghép với nhau bằng phương pháp hàn hoặc gấp mép. Trên các chi tiết người

ta làm thêm các gân, gờ để tăng độ cứng vững của chi tiết mà không ảnh hưởng

đến mỹ quan của nó. Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp có thể được chia

ra các phần đơn giản để thuận tiện trong quá trình dập vuốt, sau đó sẽ được hàn lại

với nhau. Ngoài chi tiết vỏ ra, các trang bị nội thất trong xe, các chi tiết máy, động

cơ, có rất nhiều chi tiết được tạo ra bằng phương pháp gia công áp lực. Trong

tương lai gia công áp lực sẽ phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của ngành

sản xuất ôtô tại Việt Nam.

Ở nước ta, thiết kế công nghệ và khuôn mẫu đối với các chi tiết vỏ có kích

thước lớn, hình dạng không gian phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao như trong chế

tạo ô tô là vấn đề còn mới mẻ trong lĩnh vực cơ khí nói chung và Gia công áp lực

nói riêng. Chúng ta đều biết vỏ ô tô được hình thành thông qua sự lắp ghép chính

xác bằng phương pháp hàn hoặc gấp mép các chi tiết vỏ với nhau và yêu cầu kỹ

thuật, độ chính xác lắp ghép là 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. Trên cơ sở đó,

tôi đã quyết định theo đuổi đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng số trong thiết kế công

nghệ và khuôn dập chi tiết nắp CAPO xe ô tô” để đưa ra giải pháp kỹ thuật phù

hợp với các dạng chi tiết lớn, có biên dạng phức tạp. Khi thực hiện đề tài, tôi đã

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

xem xét và lựa chọn chi tiết nắp CAPO của xe ô tô để nghiên cứu. Đây là chi tiết

điển hình và khó chế tạo trong vỏ xe ô tô. Các kết quả nghiên cứu về phương pháp

thiết kế, mô phỏng số quá trình tạo hình để phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm

cũng như giải pháp về sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt sẽ được triển khai tại các

nhà máy sản xuất xe ô tô như Vinaxuki, Ô tô cửu long, Z551… để minh chứng

hiệu quả kinh tế.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sự tận tình giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn

Đắc Trung, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp tôi trong quá trình hoàn

thành luận văn. Lời cảm ơn đến Khoa Cơ khí – Trường Đại học Công nghiệp Việt

hung đã tạo điều kiện công tác cho tôi trong quá trình học tập . Lời cảm ơn đến các

thầy cô giáo trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tạo môi trường

thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu . Lời cảm ơn sự động viên , đóng góp qúy

báu của bạn bè, đồng nghiệp để tôi hoàn thiện luận văn của mình.

Tác giả

Trần Thanh Thủy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO

HÌNH CHI TIẾT VỎ XE Ô TÔ

6

1.1Vài nét về thiết kế công nghệ dập tấm 6

1.1.1 Khái niệm chung 6

1.1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản xuất các chi tiết dạng tấm 11

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập vuốt 16

1. 2 Cơ sở kiến thức về công nghệ dập vỏ ô tô 19

1.2.1 Định nghĩa, phân loại chi tiết vỏ ô tô 19

1.2.2 Thiết kế công nghệ dập các chi tiết vỏ 23

1.2.3 Khuôn dập vuốt các chi tiết vỏ 46

1.2.4 Vật liêu sử dụng trong công nghệ dập vỏ ô tô 61

1.2.5 Ví dụ thiết bị thực hiện 63

Comment [v1]:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT

NẮP CAPO

65

2.1 Xây dựng qui trình công nghệ 65

2.1.1 Phân tích hình dáng hình học của chi tiết 65

2.1.2 Xác định phương dập 67

2.1.3 Phần bù công nghệ 68

2.1.4 Tính toán phôi 68

2.2 Chọn phương án công nghệ 70

2.3 Tính toán công nghệ và lựa chọn thiết bị cho các nguyên công 74

2.3.1 Nguyên công dập tạo hình 74

2.3.2 Nguyên công cắt mép 75

2.3.3 Nguyên công đột lỗ 76

2.3.4 Nguyên công gấp mép sơ bộ 77

2.3.5 Nguyên công gấp mép hoàn thiện 82

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT 83

3.1 Các bước thực hiện bài toán mô phỏng 83

3.2 Mô phỏng quá trình dập tạo hình 88

3.3 Kết quả mô phỏng số 88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

NHỜ ĐẶT GÂN KẸP VÀ GÂN VUỐT TRÊN HỆ THỐNG CHẶN

94

4.1 Tác dụng của gân vuốt trong hệ thống chặn 94

4.2 Xây dựng mô hình tính toán giải tích gân vuốt 96

4.3 Thực nghiệm xác định trở lực kéo qua gân vuốt 102

4.4 Ứng dụng hệ thống chặn có gân vào quá trình tạo hình chi tiết nắp capô

xe con

104

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ KHUÔN CHO TỪNG NGUYÊN CÔNG 110

5.1 Khuôn dập tạo hình 110

5.2 Khuôn cắt mép và khuôn đột lỗ 114

5.3 Khuôn gấp mép sơ bộ 118

5.4 Khuôn gấp mép hoàn thiện 120

KẾT LUẬN 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG I:

VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ

CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH CÁC CHI TIẾT VỎ XE Ô TÔ

1.1 Vài nét về thiết kế công nghệ dập tấm

1.1.1 Khái niệm chung

Ngày nay, các phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo của

vật liệu (gọi tắt là gia công biến dạng dẻo hay gia công áp lực) đã chiếm một vị trí

quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí và luyện kim (lên

đến 35%). Chủng loại sản phẩm của chúng hết sức phong phú và đa dạng và được

ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội

như xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện và điện tử, hoá chất, hàng kim khí

gia dụng, v.v... Bên cạnh những phương pháp mang tính truyền thống chuyên sản

xuất bán thành phẩm và tạo phôi như cán, rèn, ép đã xuất hiện những phương pháp

cho phép sản xuất ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh không cần phải gia

công tiếp theo, đặc biệt là những sản phẩm dập tấm.

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.

Các dạng sản phẩm của dập tấm rất đa dạng, từ những sản phẩm đơn giản

dạng cốc, hộp đến những sản phẩm có hình dạng rất phức tạp như vỏ ô tô (hình

1.1).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

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.

H×nh 1.1 H×nh ¶nh vÒ s¶n phÈm dËp tÊm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

DËp tÊm th-êng ®-îc thùc hiÖn víi ph«i ë tr¹ng th¸i nguéi (nªn cßn

®-îc gäi lµ dËp nguéi) khi chiÒu dµy cña ph«i nhá (th-êng s  4 mm) hoÆc

cã thÓ ph¶i dËp víi ph«i ë tr¹ng th¸i nãng khi chiÒu dµy cña vËt liÖu lín.

Mét chi tiÕt s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ dËp tÊm cã thÓ thùc hiÖn qua rÊt

nhiÒu nguyªn c«ng c«ng nghÖ nh-: c¾t h×nh, ®ét lç, dËp vuèt, uèn, lªn

vµnh, tãp miÖng, c¾t trÝch v.v... Mét trong nh÷ng nguyªn c«ng quan träng

nhÊt ®Ó t¹o h×nh s¶n phÈm trong c«ng nghÖ dËp tÊm ®ã lµ dËp vuèt.

Dập vuốt là một nguyên công biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra

các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thước cần thiết khi nghiên cứn một quá trình

dây vuốt chi tiết cốc như hình 1.2, ta thấy quá trình tạo hình được tiến hành trên

khuôn bao gồm các bộ phận làm việc như: cối, chày dập vuốt và tấm chặn vật liệu.

Khi dập các chi tiết có chiều dày tương đối s/D lớn thì khuôn dập vuốt có thể

không cần dùng tấm chặn. Giữa chày và cối dập vuốt có một khe hở z, trị số khe

hở z tùy thuộc vào phương pháp dập. Khi dập vuốt không có chặn, ngoại lực được

truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy của chi tiết dập vuốt còn phần vành của

phôi vẫn được tự do và không chịu tác dụng của ngoại lực. Phôi phẳng nằm trên

vành cối được vuốt qua góc lượn cối và tạo thành chi tiết dạng cốc. Chiều sâu của

chi tiết phụ thuộc vào hành trình chày đi xuống, tuy vậy, chiều sâu không thể quá

lớn so với đường kính cốc để đảm bảo ứng xuất trong vật liệu không vượt quá ứng

suất phá hủy gây rách vật liệu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

S¶n phÈm

H×nh 1.2 S¬ ®å dËp vuèt chi tiÕt cèc

Khi dập vuốt chi tiết có biên dạng phức tạp ví dụ chi tiết vỏ bình xăng xe

ôtô, chày và cối thường được thiết kế, tính toán dựa trên biên dạng của sản phẩm.

Phôi tấm ban đầu được đặt trên vành cối và dần biến dạng và tạo ra hình dạng sản

phẩm khi chày đi vào lòng cối. Tại thời điểm kết thúc, chày sẽ ép sát vật liệu lấm

vào lòng cối và tạo ra hình dạng chính xác của sản phẩm. Đối với các chi tiết phức

tạp thì việc thiết kế công nghệ không giống như đối với chi tiết cốc trụ (có hình

dạng đơn giản) vì tại các vị trí khác nhau, độ nông sâu của sản phẩm khác nhau thì

mức độ biến dạng trên phôi cũng hoàn toàn khác nhau, có chỗ dập vuốt, có chỗ chỉ

bị uốn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

H×nh 1.3 Khu«n vµ s¶n phÈm dËp chi tiÕt vá kÐt chøa nhiªn liÖu xe «t«

1.1.2 Qui tr×nh nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o, s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt d¹ng

tÊm

Hiện nay, ở Việt Nam, lĩnh vực gia công áp lực nói chung và dập tấm nói

riêng chưa phát triển mà chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ và manh mún, các sản phẩm

nhỏ có độ phức tạp chưa cao. Công nghệ chế tạo khuôn cũng còn non kém, hầu hết

chỉ chế tạo được các khuôn nhỏ và đơn giản với chất lượng không cao. Trang thiết

bị đã rất lạc hậu so với thế giới vì hầu hết là được tài trợ hoặc mua của nước ngoài

từ những thập kỷ 70 hoặc 80 của thế kỷ trước. Hơn nữa, trong nước còn thiếu cả

nhân lực cũng như các phần mềm thiết kế, mô phỏng cần thiết đáp ứng yêu cầu

thực tiễn.

Quy trình thiết kế chế tạo các sản phẩm dập tấm trong nước thường được tiến

hành theo sơ đồ như hình 1.4.

Quá trình thiết kế công nghệ, chế tạo khuôn và sản xuất mang tính chất kinh

nghiệm. Chính vì vậy, đối với các chi tiết có hình dạng đơn giản (dạng cốc, hộp,

côn) thì đi theo con đường tính toán công nghệ, chế tạo khuôn rồi dập thử, hiệu

chỉnh khuôn cho đến khi đạt được chất lượng sản phẩm theo yêu cầu thì đưa ra sản

xuất loạt lớn. Nhưng khi gặp phải các chi tiết có hình dạng không đối xứng trục,

phức tạp như các chi tiết vỏ ô tô thì quá trình thiết kế theo trình tự như hình 1.4

không thực hiện được bởi tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc vào việc sản xuất

khuôn mẫu, dập thử và chỉnh sửa. Mặc dù vậy, đôi khi không cho ra sản phẩm có

chất lượng theo yêu cầu.

Với chính sách nội địa hoá các sản phẩm cơ khí, nhiều cơ sở, nhà máy đã

đầu tư để thiết kế và chế tạo các chi tiết phức tạp, ví dụ như các liên doanh sản xuất

ô tô, các thiết bị điện, chắc chắn trong khoảng thời gian không xa, nền sản xuất các