Nghiên Cứu Mô Phỏng Số Trong Thiết Kế Công Nghệ Và Khuôn Dập Chi Tiết Nắp Capo Xe Ô Tô 2454567.Pdf

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




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




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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HỌC VIÊN




LỜI NĨI 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 hố 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 cơng 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 cơng áp lực (GCAL) ln 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 vịng

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 cơng 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 cơng 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




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 ơtơ, gia cơng áp lực
có vai trị 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 cơng 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. Ngồi 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 khn mẫu đối với các chi tiết vỏ có kích
thước lớn, hình dạng khơng gian phức tạp và u cầu kỹ thuật cao như trong chế
tạo ô tô là vấn đề cịn mới mẻ trong lĩnh vực cơ khí nói chung và Gia cơng áp lực
nói riêng. Chúng ta đều biết vỏ ơ tơ được hình thành thơng 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 cơng nghệ dập, thiết kế
và chế tạo khn 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 cơng nghệ thích
hợp trong thiết kế cơng nghệ và chế tạo khn 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




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 ơ tơ. Các kết quả nghiên cứu về phương pháp
thiết kế, mô phỏng số q 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, Ơ tơ 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 hồn
thành luận văn. Lời cảm ơn đến Khoa Cơ khí – Trường Đại học Cơng nghiệp Việt
hung đã tạo điều kiện cơng tác cho tơi trong q 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 tơi hồn thiện luận văn của mình.

Tác giả

Trần Thanh Thủy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỤC LỤC
Trang

LỜI NÓI ĐẦU

1

CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ TẠO 6
HÌNH CHI TIẾT VỎ XE Ơ TƠ
1.1 Vài nét về thiết kế cơng 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 cơng nghệ dập vỏ ơ tơ

61

1.2.5 Ví dụ thiết bị thực hiện

63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN



Comment [v1]:

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT 65
NẮP CAPO
2.1 Xây dựng qui trình cơng 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 cơng nghệ

68

2.1.4 Tính tốn phơi

68

2.2 Chọn phương án cơng nghệ

70

2.3 Tính tốn cơng nghệ và lựa chọn thiết bị cho các nguyên công

74

2.3.1 Nguyên công dập tạo hình

74

2.3.2 Ngun cơng cắt mép

75

2.3.3 Ngun cơng đột lỗ

76

2.3.4 Nguyên công gấp mép sơ bộ

77

2.3.5 Nguyên công gấp mép hồn thiện

82

CHƯƠNG III: MƠ PHỎNG SỐ Q TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT

83

3.1 Các bước thực hiện bài tốn mơ phỏng

83

3.2 Mơ phỏng q trình dập tạo hình

88

3.3 Kết quả mơ phỏng số

88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 94
NHỜ ĐẶT GÂN KẸP VÀ GÂN VUỐT TRÊN HỆ THỐNG CHẶN
4.1 Tác dụng của gân vuốt trong hệ thống chặn

94

4.2 Xây dựng mơ hình tính tốn 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 q trình tạo hình chi tiết nắp capơ 104
xe con

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ KHN CHO TỪNG NGUN CƠNG

110

5.1 Khn dập tạo hình

110

5.2 Khuôn cắt mép và khuôn đột lỗ

114

5.3 Khuôn gấp mép sơ bộ

118

5.4 Khn gấp mép hồn thiện

120

KẾT LUẬN

124

TÀI LIỆU THAM KHẢO

126

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

CHƯƠNG I:
VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ
CƠNG 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 hồn chỉnh khơng cần phải gia
cơng tiếp theo, đặc biệt là những sản phẩm dập tấm.
Cơng 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 cơng nghệ khác như: có
thể cơ khí hố 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 ơ tơ (hình
1.1).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Cơng 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 khn.
- 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
khơng lớn.
- Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hố và tự động
hố, do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm.
- Quá trình thao tác đơn giản, khơng 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 cịn gia cơng những
vật phi kim như: Techtolit, hêtinac v cỏc loi cht do.

Hình 1.1 Hình ảnh về sản phÈm dËp tÊm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Dập tấm th-ờng đ-ợc thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn
đ-ợc gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (th-ờng s 4 mm) hoặc
có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn.
Một chi tiết sản xuất b»ng c«ng nghƯ dËp tÊm cã thĨ thùc hiƯn qua rất
nhiều nguyên công công nghệ nh-: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên
vành, tóp miệng, cắt trích v.v... Một trong những nguyên công quan trọng
nhất để tạo hình sản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là dập vuốt.
Dp vuốt là một nguyên công biến đổi phôi phẳng hoặc phơi 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 q trình tạo hình được tiến hành trên
khn 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 khn dập vuốt có thể
khơng 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 khơng 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 khơng 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




Sản phẩm

Hình 1.2 Sơ đồ dập vuốt chi tiết cốc
Khi dập vuốt chi tiết có biên dạng phức tạp ví dụ chi tiết vỏ bình xăng xe

ơtơ, chày và cối thường được thiết kế, tính tốn 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 nơng sâu của sản phẩm khác nhau thì
mức độ biến dạng trên phơi cũng hồn tồn khác nhau, có chỗ dập vuốt, có chỗ chỉ
bị uốn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.3 Khuôn và sản phẩm dập chi tiết vỏ két chứa nhiên liệu xe ôtô
1.1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất các chi tiết dạng
tấm
Hin 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. Cơng nghệ chế tạo khn cũng cịn 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.
Q trình thiết kế cơng nghệ, chế tạo khn và sản xuất mang tính chất kinh
nghiệm. Chính vì vậy, đối với các chi tiết có hình dạng đơn giản (dạng cốc, hộp,
cơn) thì đi theo con đường tính tốn cơng 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 khơng đối xứng trục,
phức tạp như các chi tiết vỏ ơ tơ thì q trình thiết kế theo trình tự như hình 1.4
khơng 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 u cầu.
Với chính sách nội địa hố 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




chi tiết dạng tấm sẽ được thúc đẩy và tiếp cận với các nền sản xuất của các nước
công nghiệp hin i.

Hình 1.4 Quá trình thiết kế, chế tạo sản xuất các chi tiết dạng tấm trong
n-ớc
những n-ớc có ngành công nghiệp ô tô phát triển nh- Mỹ, Nhật,
Đức, Anh thì việc thiết kế qui trình công nghệ sản xuất các chi tiết tấm có
hình dạng phức tạp (ví dụ vỏ ô tô) đ-ợc thực hiện rất bài bản với tính khoa
học và độ chuyên môn hoá rất cao. Sơ đồ thiết kế chế tạo đ-ợc tiến hành
nh- sơ đồ hình 1.5.
Theo ph-ơng pháp thiết kế công nghệ và chế tạo nh- vậy cho phép
tiết kiệm thời gian, nguyên vật liệu cho sản xuất thử nghiệm, nâng cao chất
l-ợng sản phẩm dập, nhanh chóng thay đổi mẫu mà sản phẩm và có thể sử
dụng các cụm chi tiết trong bộ khuôn vạn năng. Điểm cơ bản trong việc
thiết kế công nghệ theo phương pháp này là Công nghệ ảo, mô phỏng
số quá trình tạo hình chi tiết trên máy tính với sự trợ giúp của các phần

mềm thiết kế m« pháng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Với các chi tiết dập tấm vỏ mỏng, có kích thức lớn, hình dạng khơng gian
phức tạp như vỏ ơ tô, việc thiết kế các bộ khuôn dập không đơn giản, các bộ khn
dập cũng có kích thước lớn và hình dạng phức tạp tương tự như chi tiết, giá thành
của các bộ khn rất cao (ví dụ như khn dập tai trước ôtô UAZ cũng lên tới nửa
tỉ đồng), mất nhiều thời gian thiết kế, chế tạo. Nếu chỉ tính tốn thiết kế khn căn
cứ vào kinh nghiệm thì việc chế tạo khuôn, dập thử, hiệu chỉnh, sửa khuôn sẽ rất
mất thời gian và đôi khi không cho sản phẩm có chất lượng như mong muốn.
Nhưng nếu dựa trên cơ sở mơ phỏng số q trình biến dạng, việc tính tốn khn
dập vỏ ơtơ sẽ được tiến hành nhanh chóng, chính xác trên máy tính. Căn cứ vào kết
quả mơ phỏng số, ta sẽ xác định được qui trình cơng nghệ tối ưu như số lần dập tạo
hình, các thơng số của q trình biến dạng như lực dập, lực chặn, ma sát và sẽ có
được kích thước hình học, biên dạng của dụng cụ gia công một cách hp lý.

Hình 1.5 Sơ đồ thiết kế CN chế tạo các chi tiết dập tấm tại các n-ớc tiên
tiến

S húa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.6 biểu diễn q trình tính tốn thiết kế khuôn và tối ưu công nghệ
dựa trên mô phỏng số. Đầu tiên, sản phẩm mẫu (chi tiết) sẽ được số hố dưới dạng
mơ hình 3D. Mơ hình số ban đầu là tập hợp của nhiều điểm trong khơng gian hoặc

có thể là mơ hình lưới. Sau đó mơ hình sẽ được dựng ở dạng mặt. Đây sẽ là mơ
hình cơ sở cho việc thiết kế mơ hình hình học của khn (chày, cối, chặn) và phơi
như trên hình 1.7.

- Hình 1.6 Tính tốn thiết kế khn dập vỏ ơ tơ dựa trên mơ phỏng số
Sau khi có mơ hình hình học của cả bài tốn bao gồm mơ hình chày,

-

cối, tấm chặn, phôi, ta sẽ tiến hành mô phỏng số bao gm cỏc bc:
- Xây dựng mô hình thuộc tính biến dạng của phôi và dụng cụ gia
công.
- Chia l-ới 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 nh- ràng buộc chuyển
vị, lực, nhiệt độ...
- Giải bài toán nhờ tính toán phần tử hữu hạn.

S húa bi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.7 Mơ hình bài tốn dập tạo hình bao gồm mơ hình khn và phơi
Tối ưu hố cơng nghệ bằng mô phỏng số được thực hiện với sự trợ giúp của các
phần mềm như ANSYS, MARC, ABAQUS, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS,
PAM-STAMP. Kết quả mơ phỏng là các hình ảnh trực quan về trường phân bố ứng
suất, biến dạng, tốc độ biến dng, chuyn v...
Qua quá trình mô phỏng, ta không chỉ có đ-ợc các kết quả để đánh
giá một quá trình tạo hình vật liệu mà một -u điểm khác nữa của quá trình

mô phỏng số là ta có thể thay đổi đ-ợc điều kiện biên ảnh h-ởng trực tiếp
đến quá trình biến dạng của phôi nh- vật liệu, lực ép, lực chặn, điều kiện
bôi trơn hay hình dạng hình học của khuôn, kết cấu khuôn. Các yếu tố ảnh
h-ởng trực tiếp này đôi khi khảo sát thực tế rất khó khăn vì chúng phụ
thuộc vào mức độ biến dạng hay hành trình chày dập. Nh-ng với việc mô
phỏng số hoàn toàn có thể giải quyết đ-ợc vấn đề khó khăn này. Qua đó,
ta có thể chọn ra điều kiện tốt nhất cho quá trình biến dạng và cố gắng tạo
ra các điều kiện mô phỏng số giống nh- trong môi tr-ờng thực tế.
Sau khi chọn đ-ợc phng ỏn cụng ngh phù hợp thì bước tiếp theo là chế
tạo sản phẩm mẫu và kiểm chứng độ chính xác của sản phẩm mẫu so với thiết kế.
Nếu chất lượng đạt yêu cầu thì có thể cho sản xuất loạt lớn, nếu cịn có nhưng sai
sót ta có thể thay đổi điều kiện biên như lực chặn, tốc độ biến dạng hay ma sát để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




đạt được kết quả tốt hơn. Nhưng chắc chắn sự thay đổi này không lớn, bởi kết quả
mô phỏng đã đánh giá một cách kỹ lưỡng. Trong suốt thời gian sản xuất loạt, ta
vẫn phải kiểm tra lại, đánh giá sản phẩm để đảm bảo độ chính xác và đánh giỏ nh
hng ca cỏc thụng s cụng ngh.
Khuôn dập tạo hình có biên dạng th-ờng rất phức tạp, phụ thuộc vào
hình dạng của sản phẩm, nên việc gia công khuôn phải đ-ợc tiến hành trên
các thiết bị gia công hiện đại nh- máy phay điều khiển CNC, gia công tia
lửa điện, gia công khuôn bằng tia laze, thiết bị gia công có kết cấu
HEXAPOD, các thiết bị này có thể gia công những lòng khuôn hết sức phức
tạp với chất l-ợng và năng suất cao hơn. Hơn thế nữa, công nghệ xử lý bề
mặt khuôn cũng có các b-ớc tiến về kỹ thuật ngoài những ph-ơng pháp
nhiệt luyện thông th-ờng nh- thấm cacbon, nitơ để tăng độ bền, ngày nay
còn dùng công nghệ phủ để tạo ra bề mặt, laser hoá bề mặt có chất l-ợng

cao hơn hẳn, đồng thời có thể tạo ra các bề mặt ma sát hợp lý cho quá
trình tạo hình sản phẩm.
Tóm lại, nghiên cứu thiết kế khuôn dập các chi tiết lớn, hình dạng
phức tạp nh- vỏ ôtô dựa trên mô phỏng số quá trình biến dạng cho phép
giảm thiểu thời gian thiết kế, chỉnh sửa khuôn mẫu, nhanh chóng thay đổi
mẫu mà sản phẩm, đồng thời giảm thiểu các chi phí cho chế tạo và dập
thử. Thông qua mô phỏng số, ng-ời kỹ s- nhanh chóng tối -u các thông số
công nghệ và khuôn mẫu sao cho tránh đ-ợc các khuyết tật nh- nhăn, rách
sản phẩm, đồng thời tạo ra công nghệ hợp lý nhất vừa tiết kiệm nh-ng vẫn
đảm bảo đ-ợc chất l-ợng sản phẩm.
1.1.3 Các yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm dập vuốt

S húa bi Trung tõm Hc liệu – ĐHTN




Khi nghiên cứu sự sai hỏng sản phẩm dập tấm có thể dễ dàng nhận
thấy các dạng phế phẩm sau đây:
-

Sản phẩm dập bị nhăn trên vành

-

Sản phẩm bị rách

-

Chiều cao sản phẩm không đồng đều

-

Bề mặt chi tiết bị cào x-ớc

-

Sản phẩm không đạt đ-ợc kích th-ớc chính xác do đàn

hồi lại
- Cỏc dng hng húc ca sn phm này có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế qui
trình cơng nghệ, khn, chế tạo khn, vật liệu phơi và đặc biệt nhất là các
thông số công nghệ.
- Hiện tượng rách phơi xảy ra có thể do nhiều ngun nhân mà trong đó chủ yếu
là do: mức độ biến dạng vượt quá mức độ biến dạng tới hạn, lực chặn phơi q
lớn, góc lượn cối nhỏ... Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn, có thể chọn hệ
số dập vuốt phù hợp hay chia thành các nhiều nguyên cơng trung gian. Góc
lượn của cối cũng hồn tồn có thể điều chỉnh được, thay đổi góc lượn phù hợp
hơn. Nhưng lực chặn phôi là một thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu
điều chỉnh lực chặn phôi không đủ thì phơi lại có hiện tượng nhăn trên phần
vành như hình 1.8b. Đối với việc dập vuốt các chi tiết có hình dạng phức tạp,
nếu khơng điều khiển lực chặn hợp lý thì sẽ khơng thể tìm ra một giá trị lực
chặn nào thích hợp vì trên sản phẩm đồng thời xuất hiện cả nhăn lẫn rách.
Trong những trường hợp như vậy buộc phải có những phương pháp đặc biệt
như chặn theo vị trí và lực chặn thay đổi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

a) Chi tiết bị rách ở đáy

b) Chi tiết bị nhăn trên bề mặt vành

Hỡnh 1.8 Chi tit b t rách và nhăn khi dập vuốt
Hiện tượng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều rất hay xảy ra
do vật liệu tấm không đồng nhất và đẳng hướng. Tính dị hướng ban đầu của các
tấm cán nguội (từ đó cắt thành các tấm phơi) sẽ tạo thành các thớ. Trong quá trình
biến dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo dài, do đó tạo
thành cấu trúc dạng chuỗi được xác định trước bởi tính dị hướng của kim loại. Tính
dị hướng của tấm cán sẽ làm cho biến dạng theo các hướng khác nhau là khơng
giống nhau, có thể làm cho phôi theo hướng này dễ dàng bị kéo dài ra, cịn theo
hướng khác lại rất khó biến dạng. Sự biến dạng khơng đồng đều này sẽ làm cho
q trình cơng nghệ dài hơn, tốn kém hơn, bởi ta phải thêm một ngun cơng cắt
mép một lượng H. Khi tính tốn phơi dập vuốt ta phải thêm vào kích thước theo
các phương một lượng dư hợp lý. Nhưng điều này sẽ làm cho bề mặt tiếp xúc giữa
phôi và mặt vành cối thay đổi, hệ số dập vuốt thay đổi và làm cho lực chặn cũng
thay đổi theo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.9 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều
Để giảm sự ảnh h-ởng của tính dị h-ớng kim loại ®Õn sù kh«ng ®Ịu
chiỊu cao chi tiÕt khi dËp vt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức
tạp (bởi phải tính đến mức độ biến dạng theo các ph-ơng khác nhau),
ng-ời ta còn sử dụng cối với mép l-ợn có độ cong thay đổi (dọc theo đ-ờng

bao của lỗ cối) hoặc nung nóng không đều phần vành phôi, hoặc thay đổi
áp lực chặn theo đ-ờng bao của cối ...
Hiện t-ợng bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc, không nhẵn là do ma sát
giữa bề mặt phôi và phần vằnh chặn, góc l-ợn cối quá lớn, cũng có thể do
lực chặn phôi trên phần vành lớn. Hiện t-ợng này không những làm giảm
chất l-ợng của sản phẩm dập mà còn g©y ra phÕ phÈm nÕu ta dËp nh-ng
vËt liƯu tÊm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề mặt, bởi các lớp phủ trên bề mặt
sẽ bị cào x-ớc và phá huỷ. Để giảm hiện t-ợng này ta có thể giảm ma sát
bằng cách bôi trơn hoặc có thể tạo ra lực chặn phôi hợp lý.

Hình 1.10 Sản phẩm bị đàn hồi lại
Một trong những hiện t-ợng th-ờng xuyên xảy ra đối với các quá trình
uốn tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là
đàn hồi lại. Hiện t-ợng này có nghĩa là sau khi biến dạng, phôi bị đàn hồi lại
S hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




và làm cho các góc bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban
đầu. Để giảm hiện t-ợng đàn hồi lại, có thể tính toán góc thực tế nhỏ hơn,
làm cho vật liệu phôi vừa bị biến dạng theo ph-ơng này là kéo thì lại biến
dạng nén ngay theo ph-ơng đó hoặc ng-ợc lại. Trong nhiều tr-ờng hợp
ng-ời ta có thể dử dụng công nghệ chặn có gân vuốt.
1.2 Cơ sở kiến thức về công nghệ dập vỏ ô tô
1.2.1 Định nghĩa, phân loại chi tiết vá « t«
Chi tiết vỏ ơ tơ (gọi tắt là vỏ ơ tơ) là những chi tiết dị hình và mỏng tạo nên bề
mặt và bên trong của ô tô như nắp đậy động cơ, gầm, cabin và thân xe. Mặt trước
và cabin của xe tải, mặt truớc và vỏ của xe du lịch đều là những chi tiết dập tm to
nờn

Hình 1.11: Các chi tiết vỏ ô tô

S húa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.11 là các chi tiết vỏ cabin ô tô. Các chi tiết 1, capô 2, tai phải
trái 3- 4 ,nãc 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 tạo nên vỏ
ngoài của xe. Vỏ trong đ-ợc tạo bởi các chi tiết 20, 21 đến 32. Các bề mặt
có thể nhìn thấy đ-ợc cđa vá xe nãi chung ®Ịu cã tÝnh trang trÝ, ngoài
những yêu cầu về sử dụng tốt dễ sửa chữa, dễ chế tạo thì còn phải mang
tính thẩm mỹ. So với những chi tiết dập tấm thông th-ờng thì các chi tiết vỏ
xe có đặc điểm là vật liệu mỏng, hình dạng phức tạp đa phần là các chi tiết
có hình dạng không gian phức tạp, yêu cầu bề mặt có chất l-ợng cao. Bởi
vậy khi thiết kế công nghệ dập các chi tiết vỏ, thiết kế khuôn và công nghệ
chế tạo khuôn đều có những đặc điểm riêng vì thế các khuôn dập vỏ ô tô
phải đ-ợc xem xét nh- một vấn đề mang tính đặc thù.Căn cứ vào tác dụng
và yêu cầu của chúng vỏ có thể chia ra làm 3 loại là vỏ ngoài, vỏ trong, và
các chi tiết gia cố. Vỏ ngoài, vỏ trong đ-ợc dập từ các loại thép tấm có
chiều dày 0.7, 0.8, 0.9, 1 mm, còn các chi tiết gia cố thì dập bằng thép tấm
có chiều dày 1, 1.2, 1.5, 2mm.
*Các yêu cầu đối với các chi tiết vỏ:
* Chất l-ợng bề mặt tốt:
Các chi tiết vỏ đặc biệt là những bề mặt nhìn thấy của vỏ ngoài không
đ-ợc phép có vết nhăn, x-ớc, có vân, mấp mô, và những khuyết tật khác
ảnh h-ởng đến mỹ quan của bề mặt. Những đ-ờng nét trang trí, gân trang
trí trên vỏ phải rõ ràng nhẵn bóng, phải trái phải đối xứng và chuyển tiếp
đều đặn. Những đ-ờng nét trang trí trên vỏ tại chỗ tiếp giáp giữa hai chi tiết

phải khớp với nhau không cho phép lệch. Chất l-ợng bề mặt đối với vỏ của
xe du lịch càng quan trọng hơn, những khuyết tật bề mặt cho dù nhỏ đều

S húa bi Trung tõm Học liệu – ĐHTN




có thể làm ảnh h-ởng đến mỹ quan sau khi sơn gây nên hiện t-ợng tán xạ
ánh sáng.
* Kích th-ớc hình học và hình dạng phù hợp yêu cầu:
Vỏ có hình dạng phức tạp nhiều mặt cong không gian, kích th-ớc hình
học và hình dạng của chúng nhất thiết phải phù hợp với bản vẽ và mô hình
(hoặc mô hình khi mô phỏng số). Bề mặt không gian có loại là do yêu cầu
tạo hình và mỹ quan của bản thân chi tiết; có loại do hai hoặc nhiều chi tiết
vỏ lắp ráp với nhau mà tạo thành. Những chỗ tiếp giáp của các bề mặt
không gian thì phải trùng khíp.
* TÝnh c«ng nghƯ tèt:
Tính cơng nghệ của chi tiết vỏ chủ yếu thể hiện ở khả năng dập, tính lắp ráp
bằng hàn, an toàn khi thao tác, hệ số sử dụng vật liệu và những yêu cầu đối với vật
liệu. Khả năng dập của chi tiết vỏ mấu chốt được thể hiện ở khả năng và độ chắc
chắn khi dập vuốt mà tính cơng nghệ khi dập vuốt tốt hay xấu lại chủ yếu được
quyết định bởi hình dạng của chi tiết. Nếu chi tiết vỏ có thể dập vuốt thì đối với
các ngun cơng sau dập vuốt chỉ cịn là vấn đề xác định số lượng ngun cơng và
xắp xếp trình tự trước sau của các ngun cơng. Nói chung các chi tiết vỏ đều dập
vuốt một lần, để thực hiện được tạo hình bằng một lần dập vuốt thì cần phải khai
triển những chỗ lên vành, điền đầy các lỗ cộng thêm phần bổ xung do công nghệ
yêu cầu, Sau khi dập vuốt sẽ cắt bỏ phần bổ xung cơng nghệ ở những ngun cơng
sau, vì thế phần bổ xung công nghệ là phần vật liệu tiêu hao nhất thiết phải có do
cơng nghệ u cầu. Phần bổ xung cơng nghệ nhiều hay ít trước hết được quyết

định bởi mức độ phức tạp của chi tiết vỏ. Mức độ phức tạp của vỏ còn đặt ra những
yêu cầu nhất định đối với tính năng của vật liệu ví dụ những chi tiết vỏ có độ sâu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN