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
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 HỌC VIÊN


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
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
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
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
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
1.1 Vài 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

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


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
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
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
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN

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 bằng công nghệ dập tấm có thể thực hiện 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 vut l mt nguyờn cụng bin i phụi phng hoc phụi rng to ra
cỏc chi tit rng cú hỡnh dng v kớch thc cn thit khi nghiờn cn mt quỏ trỡnh
dõy vut chi tit cc nh hỡnh 1.2, ta thy quỏ trỡnh to hỡnh c tin hnh trờn
khuụn bao gm cỏc b phn lm vic nh: ci, chy dp vut v tm chn vt liu.
Khi dp cỏc chi tit cú chiu dy tng i s/D ln thỡ khuụn dp vut cú th
khụng cn dựng tm chn. Gia chy v ci dp vut cú mt khe h z, tr s khe
h z tựy thuc vo phng phỏp dp. Khi dp vut khụng cú chn, ngoi lc c
truyn qua chy, tỏc dng vo phn ỏy ca chi tit dp vut cũn phn vnh ca
phụi vn c t do v khụng chu tỏc dng ca ngoi lc. Phụi phng nm trờn
vnh ci c vut qua gúc ln ci v to thnh chi tit dng cc. Chiu sõu ca
chi tit ph thuc vo hnh trỡnh chy i xung, tuy vy, chiu sõu khụng th quỏ
ln so vi ng kớnh cc m bo ng xut trong vt liu khụng vt quỏ ng
sut phỏ hy gõy rỏch vt liu.
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN

Sản phẩm

Hình 1.2 Sơ đồ dập vuốt chi tiết cốc
Khi dp vut chi tit cú biờn dng phc tp vớ d chi tit v bỡnh xng xe
ụtụ, chy v ci thng c thit k, tớnh toỏn da trờn biờn dng ca sn phm.
Phụi tm ban u c t trờn vnh ci v dn bin dng v to ra hỡnh dng sn
phm khi chy i vo lũng ci. Ti thi im kt thỳc, chy s ộp sỏt vt liu lm
vo lũng ci v to ra hỡnh dng chớnh xỏc ca sn phm. i vi cỏc chi tit phc
tp thỡ vic thit k cụng ngh khụng ging nh i vi chi tit cc tr (cú hỡnh
dng n gin) vỡ ti cỏc v trớ khỏc nhau, nụng sõu ca sn phm khỏc nhau thỡ
mc bin dng trờn phụi cng hon ton khỏc nhau, cú ch dp vut, cú ch ch
b un.


S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
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, Vit Nam, lnh vc gia cụng ỏp lc núi chung v dp tm núi
riờng cha phỏt trin m ch dng li quy mụ nh v manh mỳn, cỏc sn phm
nh cú phc tp cha cao. Cụng ngh ch to khuụn cng cũn non kộm, hu ht
ch ch to c cỏc khuụn nh v n gin vi cht lng khụng cao. Trang thit
b ó rt lc hu so vi th gii vỡ hu ht l c ti tr hoc mua ca nc ngoi
t nhng thp k 70 hoc 80 ca th k trc. Hn na, trong nc cũn thiu c
nhõn lc cng nh cỏc phn mm thit k, mụ phng cn thit ỏp ng yờu cu
thc tin.
Quy trỡnh thit k ch to cỏc sn phm dp tm trong nc thng c tin
hnh theo s nh hỡnh 1.4.
Quỏ trỡnh thit k cụng ngh, ch to khuụn v sn xut mang tớnh cht kinh
nghim. Chớnh vỡ vy, i vi cỏc chi tit cú hỡnh dng n gin (dng cc, hp,

cụn) thỡ i theo con ng tớnh toỏn cụng ngh, ch to khuụn ri dp th, hiu
chnh khuụn cho n khi t c cht lng sn phm theo yờu cu thỡ a ra sn
xut lot ln. Nhng khi gp phi cỏc chi tit cú hỡnh dng khụng i xng trc,
phc tp nh cỏc chi tit v ụ tụ thỡ quỏ trỡnh thit k theo trỡnh t nh hỡnh 1.4
khụng thc hin c bi tn rt nhiu thi gian v tin bc vo vic sn xut
khuụn mu, dp th v chnh sa. Mc dự vy, ụi khi khụng cho ra sn phm cú
cht lng theo yờu cu.
Vi chớnh sỏch ni a hoỏ cỏc sn phm c khớ, nhiu c s, nh mỏy ó
u t thit k v ch to cỏc chi tit phc tp, vớ d nh cỏc liờn doanh sn xut
ụ tụ, cỏc thit b in, chc chn trong khong thi gian khụng xa, nn sn xut cỏc
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
chi tit dng tm s c thỳc y v tip cn vi cỏc nn sn xut ca cỏc nc
cụng nghip 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 mã 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 phơng 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 mô phỏng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Với các chi tiết dập tấm vỏ mỏng, có kích thức lớn, hình dạng không gian
phức tạp như vỏ ô tô, việc thiết kế các bộ khuôn dập không đơn giản, các bộ khuôn
dập cũng có kích thước lớn và hình dạng phức tạp tương tự như chi tiết, giá thành
của các bộ khuôn rất cao (ví dụ như khuôn dập tai trước ôtô UAZ cũng lên tới nửa
tỉ đồng), mất nhiều thời gian thiết kế, chế tạo. Nếu chỉ tính toán thiết kế khuôn 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 mô phỏng số quá trình biến dạng, việc tính toán khuôn
dập vỏ ôtô sẽ được tiến hành nhanh chóng, chính xác trên máy tính. Căn cứ vào kết
quả mô phỏng số, ta sẽ xác định được qui trình công nghệ tối ưu như số lần dập tạo
hình, các thông số của quá 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 hợp lý.

H×nh 1.5 S¬ ®å thiÕt kÕ CN chÕ t¹o c¸c chi tiÕt dËp tÊm t¹i c¸c n-íc tiªn
tiÕn
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
Hỡnh 1.6 biu din quỏ trỡnh tớnh toỏn thit k khuụn v ti u cụng ngh
da trờn mụ phng s. u tiờn, sn phm mu (chi tit) s c s hoỏ di dng
mụ hỡnh 3D. Mụ hỡnh s ban u l tp hp ca nhiu im trong khụng gian hoc
cú th l mụ hỡnh li. Sau ú mụ hỡnh s c dng dng mt. õy s l mụ
hỡnh c s cho vic thit k mụ hỡnh hỡnh hc ca khuụn (chy, ci, chn) v phụi
nh trờn hỡnh 1.7.


- Hỡnh 1.6 Tớnh toỏn thit k khuụn dp v ụ tụ da trờn mụ phng s
- Sau khi cú mụ hỡnh hỡnh hc ca c bi toỏn bao gm mụ hỡnh chy,
ci, tm chn, phụi, ta s tin hnh mụ phng s 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 tõm Hc liu HTN


Hỡnh 1.7 Mụ hỡnh bi toỏn dp to hỡnh bao gm mụ hỡnh khuụn v phụi
Ti u hoỏ cụng ngh bng mụ phng s c thc hin vi s tr giỳp ca cỏc
phn mm nh ANSYS, MARC, ABAQUS, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS,
PAM-STAMP. Kt qu mụ phng l cỏc hỡnh nh trc quan v trng phõn b ng
sut, bin dng, tc bin 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 phự hp thỡ bc tip theo l ch
to sn phm mu v kim chng chớnh xỏc ca sn phm mu so vi thit k.
Nu cht lng t yờu cu thỡ cú th cho sn xut lot ln, nu cũn cú nhng sai
sút ta cú th thay i iu kin biờn nh lc chn, tc bin dng hay ma sỏt
S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
t c kt qu tt hn. Nhng chc chn s thay i ny khụng ln, bi kt qu
mụ phng ó ỏnh giỏ mt cỏch k lng. Trong sut thi gian sn xut lot, ta

vn phi kim tra li, ỏnh giỏ sn phm m bo chớnh xỏc v ỏnh 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 mã 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 liu HTN
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 ny cú liờn quan trc tip ti vic thit k qui
trỡnh cụng ngh, khuụn, ch to khuụn, vt liu phụi v c bit nht l cỏc
thụng s cụng ngh.
- Hin tng rỏch phụi xy ra cú th do nhiu nguyờn nhõn m trong ú ch yu
l do: mc bin dng vt quỏ mc bin dng ti hn, lc chn phụi quỏ
ln, gúc ln ci nh hn ch mc bin dng quỏ ln, cú th chn h
s dp vut phự hp hay chia thnh cỏc nhiu nguyờn cụng trung gian. Gúc
ln ca ci cng hon ton cú th iu chnh c, thay i gúc ln phự hp
hn. Nhng lc chn phụi l mt thụng s cụng ngh rt quan trng bi nu
iu chnh lc chn phụi khụng thỡ phụi li cú hin tng nhn trờn phn
vnh nh hỡnh 1.8b. i vi vic dp vut cỏc chi tit cú hỡnh dng phc tp,
nu khụng iu khin lc chn hp lý thỡ s khụng th tỡm ra mt giỏ tr lc
chn no thớch hp vỡ trờn sn phm ng thi xut hin c nhn ln rỏch.
Trong nhng trng hp nh vy buc phi cú nhng phng phỏp c bit
nh chn theo v trớ v lc chn thay i.

S húa bi Trung tõm Hc liu HTN


a) Chi tiết bị rách ở đáy
b) Chi tiết bị nhăn trên bề mặt vành
Hỡnh 1.8 Chi tit b t rỏch v nhn khi dp vut
Hin tng chiu cao ca sn phm dp vut khụng ng u rt hay xy ra
do vt liu tm khụng ng nht v ng hng. Tớnh d hng ban u ca cỏc
tm cỏn ngui (t ú ct thnh cỏc tm phụi) s to thnh cỏc th. Trong quỏ trỡnh
bin dng, cỏc ht kim loi v tp cht phi kim loi cú dng b kộo di, do ú to
thnh cu trỳc dng chui c xỏc nh trc bi tớnh d hng ca kim loi. Tớnh
d hng ca tm cỏn s lm cho bin dng theo cỏc hng khỏc nhau l khụng
ging nhau, cú th lm cho phụi theo hng ny d dng b kộo di ra, cũn theo

hng khỏc li rt khú bin dng. S bin dng khụng ng u ny s lm cho
quỏ trỡnh cụng ngh di hn, tn kộm hn, bi ta phi thờm mt nguyờn cụng ct
mộp mt lng H. Khi tớnh toỏn phụi dp vut ta phi thờm vo kớch thc theo
cỏc phng mt lng d hp lý. Nhng iu ny s lm cho b mt tip xỳc gia
phụi v mt vnh ci thay i, h s dp vut thay i v lm cho lc chn cng
thay i theo.

S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
Hình 1.9 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều
Để giảm sự ảnh h-ởng của tính dị h-ớng kim loại đến sự không đều
chiều cao chi tiết khi dập vuốt, 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 gây ra phế phẩm nếu ta dập nh-ng
vật liệu tấm 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 húa bi Trung tõm Hc liu HTN
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 vỏ ô tô
Chi tit v ụ tụ (gi tt l v ụ tụ) l nhng chi tit d hỡnh v mng to nờn b
mt v bờn trong ca ụ tụ nh np y ng c, gm, cabin v thõn xe. Mt trc
v cabin ca xe ti, mt truc v v ca xe du lch u l nhng chi tit dp tm to
nờn

Hình 1.11: Các chi tiết vỏ ô tô


S húa bi Trung tõm Hc liu HTN
Hình 1.11 là các chi tiết vỏ cabin ô tô. Các chi tiết 1, capô 2, tai phải
trái 3- 4 ,nóc 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 của vỏ xe nói chung đều có tính trang trí, 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 Hc liu HTN
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 khớp.
* Tính công nghệ tốt:
Tớnh cụng ngh ca chi tit v ch yu th hin kh nng dp, tớnh lp rỏp
bng hn, an ton khi thao tỏc, h s s dng vt liu v nhng yờu cu i vi vt
liu. Kh nng dp ca chi tit v mu cht c th hin kh nng v chc
chn khi dp vut m tớnh cụng ngh khi dp vut tt hay xu li ch yu c
quyt nh bi hỡnh dng ca chi tit. Nu chi tit v cú th dp vut thỡ i vi
cỏc nguyờn cụng sau dp vut ch cũn l vn xỏc nh s lng nguyờn cụng v
xp xp trỡnh t trc sau ca cỏc nguyờn cụng. Núi chung cỏc chi tit v u dp
vut mt ln, thc hin c to hỡnh bng mt ln dp vut thỡ cn phi khai
trin nhng ch lờn vnh, in y cỏc l cng thờm phn b xung do cụng ngh
yờu cu, Sau khi dp vut s ct b phn b xung cụng ngh nhng nguyờn cụng
sau, vỡ th phn b xung cụng ngh l phn vt liu tiờu hao nht thit phi cú do

cụng ngh yờu cu. Phn b xung cụng ngh nhiu hay ớt trc ht c quyt
nh bi mc phc tp ca chi tit v. Mc phc tp ca v cũn t ra nhng
yờu cu nht nh i vi tớnh nng ca vt liu vớ d nhng chi tit v cú sõu