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
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
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
TRƯỜNG 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.
II. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
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.
III.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.
CHƯƠNG 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 níc
S¬ ®å thiÕt kÕ CN chÕ t¹o c¸c chi tiÕt dËp tÊm t¹i c¸c níc tiªn
tiÕn
1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng 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 Thit k cụng ngh dp cỏc chi tit v
1.2.3 Khuụn dp vut cỏc chi tit v
1.2.4 Vt liờu s dng trong cụng ngh dp v ụ tụ
1.2.5 Vớ d thit b thc hin
CHNG II: THIT K QUI TRèNH CễNG NGH DP CHI
TIT NP CAPO
I.1 Xõy dng qui trỡnh cụng ngh
I.1.1 Phõn tớch hỡnh dỏng hỡnh hc ca chi tit
I.1.2 Xỏc nh phng dp
2.1.3 Phn bự cụng ngh
2.1.4 Tớnh toỏn phụi
I.2 Chn phng ỏn cụng ngh
Qua phân tích, ta đa ra các phơng án công nghệ nh sau:
Ph ơng án 1:
- Cắt phôi.
- Dập tạo hình.
- Cắt biên.
- Đột lỗ bên.
- Gấp mép sơ bộ.
- Gấp mép hoàn chỉnh.
Ph ơng án 2:
- Cắt phôi.
- Đột lỗ.
- Dập tạo hình- cắt mép phối hợp.
- Gấp mép sơ bộ.
- Gấp mép hoàn chỉnh
Ph ơng án 3:
- Cắt phôi.

- Dập tạo hình.
- Đột lỗ- cắt mép phối hợp.
- Gấp mép sơ bộ.
- Gấp mép hoàn chỉnh.
Phân tích các phơng án, ta lựa chọn phơng án 1 là hợp lý nhất
đối vì phơng án 2 và 3 đều phải sử dụng khuôn phối hợp vì vậy
tăng sự phức tạp không cần thiết.
Cụ thể các nguyên công trong Qui trình công nghệ đợc thực
hiện trong bảng sau:
Bán thành phẩm
TT
Tªn
nguyªn
c«ng
1
C¾t ph«i
2
DËp t¹o
h×nh
3
C¾t mÐp
4
§ét lç
5
GÊp mÐp
s¬ bé
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
6
GÊp mÐp
hoµn
thiÖn
2.3.5 Nguyờn cụng gp mộp hon thin
CHNG III: Mễ PHNG S QU TRèNH TO HèNH CHI
TIT
3.1 Cỏc bc thc hin bi toỏn mụ phng
Trình tự thực hiện mô hình hóa quá trình và mô phỏng sẽ đợc
thực hiện theo các bớc sau đây:
Tiền xử lý (Pre-Processing)
Tiền xử lý là mô đun đầu vào, bao gồm các bớc sau:
+ Xây dựng mô hình hình học
+ Định kiểu phần tử
+ Lựa chọn mô hình vật liệu
+ Chia lới phần tử hữu hạn
+ Xây dựng bài toán tiếp xúc
+ Xây dựng bài toán biên
Giải bài toán (Solution)
Tính toán phần tử hữu hạn để xác định phân bố ứng suất,
biến dạng, chuyển vị, nhiệt độ .
Hậu xử lý (Post-Processing)
Xem xét phân tích kết quả và đánh giá chất lợng sản phẩm.
Nếu cần thiết phảI điều chỉnh ta sẽ quay trở lại bớc thay đổi
thông số đầu vào.
Trình tự các bớc tiến hành mô phỏng số
3.2 Mụ phng quỏ trỡnh dp to hỡnh
M« h×nh chia líi 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
CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM NHỜ ĐẶT GÂN KẸP VÀ GÂN VUỐT TRÊN HỆ THỐNG
CHN
4.1 Tỏc dng ca gõn vut trong h thng chn
Sản phẩm dập vuốt hình hộp chữ nhật có sử dụng chặn với gân
vuốt
4.2 Xõy dng mụ hỡnh tớnh toỏn gii tớch gõn vut
Mô hình xác định lực kéo phôi qua gân vuốt
4.3 Thc nghim xỏc nh tr lc kộo qua gõn vut
Kết quả so sánh trở lực gân vuốt giữa tính toán (TT) và thực
nghiÖm (TN)
TT
s
(mm)
C¸c th«ng sè h×nh häc cña g©n
vuèt
F
B (TT)
F
B (TN)
r
B
(mm)
r
N
(mm)
p
(mm)

H
(mm)
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
Tóm lại, thực tế sản xuất các chi tiết vỏ xe ô tô gặp nhiều khó
khăn cần khắc phục khi trên các sản phẩm dập xuất hiện khuyết tật
nhăn, rách hay sai lệch biên dạng khi dập trên các khuôn có hệ thống
chặn phẳng đơn giản. Để phát hiện các vị trí xuất hiện khuyết tật ta sử
dụng công cụ mô phỏng số và sau đó đánh giá chất lượng sản phẩm
đồng thời đưa ra các biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm. Giải
pháp khá hiệu quả và phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam đó là
bố trí hệ thống gân kẹp, gân vuốt trên các bề mặt chặn. Hệ thống gân
với các kích thước, hình dạng khác nhau cho phép điều khiển quá trình
kéo đồng đều vật liệu từ vành vào lòng cối, tạo ra sự biến dạng đồng
đều hơn trên phôi tấm. Nhờ mô phỏng số có thể đánh giá chính xác
chất lượng sản phẩm sau khi đã thay đổi và tối ưu kết cấu khuôn. Điều
này rất có ý nghĩa bởi ta tiết kiệm được các chi phí thiết kế cũng như
sản xuất thử nghiệm nhưng lại nâng cao được chất lượng sản phẩm. Các
kết quả nghiên cứu này sẽ được triển khai tại các nhà máy sản xuất ô tô
để minh chứng về tính công nghệ và khả thi trong điều kiện kinh tế Việt
Nam.
CHƯƠNG V: THIẾT KẾ KHUÔN CHO TỪNG NGUYÊN CÔNG

5.1 Khuôn dập tạo hình
• H×nh d¹ng cña chµy
Chµy cã h×nh d¹ng vµ kÝch thíc gièng nh h×nh d¹ng vµ kÝch thíc
cña phÇn trong cña chi tiÕt khi cha gÊp mÐp.
• H×nh d¹ng cña cèi
Cèi cã h×nh d¹ng vµ kÝch thíc gièng nh h×nh d¹ng vµ kÝch thíc
của phần ngoài của chi tiết khi cha gấp mép.
Gân vuốt:
Gân vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng trên toàn bộ hoặc
cục bộ theo chu vi của phôi để khống chế tốc độ vật liệu đợc kéo vào
cối và tăng độ cứng vững của vật dập. Những vật dập vuốt sâu thì gân
vuốt là phơng pháp có hiệu quả nhất có thể ngăn ngừa nhăn nhúm hoặc
rách trên chi tiết. Nếu ta bố trí gân vuốt không hợp lí thì hiện tợng nhăn
nhúm hoặc rách trên chi tiết lại càng nghiêm trọng.
5.2 Khuụn ct mộp v khuụn t l
Khuôn cắt mép
Khu«n ®ét lç
5.3 Khuôn gấp mép sơ bộ
Khu«n gÊp mÐp s¬ bé
5.4 Khuụn gp mộp hon thin
Khuôn gấp mép hoàn thiện
KT LUN
Xuất phát từ nhu cầu sản xuất thực tiễn đối với các chi tiết vỏ
mỏng, kích thớc lớn, hình dáng không gian phức tạp nh nắp
capo xe ô tô, những nội dung chính đợc thực hiện trong luận
văn nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm dập bao gồm:
- Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất nắp xe capo xe ô tô
bao gồm các nguyên công cắt hình, dập tạo hình, cắt mép, đột
lỗ và gấp mép.
- Mô phỏng quá trình dập nắp capo xe ô tô, phân tích, đánh giá

chất lợng sản phẩm trong trờng hợp khuôn có hệ thống chặn
phẳng đơn giản.
- Nghiên cứu đa ra giải pháp nâng cao chất lợng sản phẩm
bằng việc áp dụng hệ thống chặn có gân.
- Thiết lập mô hình gân vuốt và thực nghiệm xác định trở lực
kéo qua gân, cũng nh so sánh với kết quả tính toán giải tích.
- Xem xét áp dụng hệ thống chặn có gân vuốt khi dập tạo hình,
so sánh với dập vuốt sử dụng chặn phẳng từ đó đánh giá đợc u
điểm của dập vuốt có gân vuốt khi dập tạo hình.
- Thiết kế các bộ khuôn dập tạo hình, lựa chọn thiết bị thực
hiện.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đa ra phơng pháp thiết kế
công nghệ và khuôn mẫu cho những chi tiết dạng vỏ có kích thớc
lớn, hình dạng không gian phức tạp nói chung và chi tiết nắp capo
xe ô tô nói riêng. Luận văn cũng đa ra phơng pháp thiết kế công
nghệ và chế tạo khuôn mẫu sẽ nhanh chóng, hiệu quả, độ tin cậy
cao và mang tính công nghiệp cũng nh tối u hoá công nghệ
nhanh nhất khi sử dụng những phần mềm chuyên dụng trong mô
phỏng số quá trình biến dạng; thiết kế kết cấu; gia công chế tạo.
Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghiệp thiết
kế, chế tạo những khuôn dập chi tiết có kích thớc lớn, hình dáng
phức tạp.
Với những thành công của đề tài, tác giả hy vọng sớm ứng
dụng những kết quả đạt đợc đó là phơng pháp thiết kế hiện đại
nhanh chóng đợc áp dụng tại các doanh nghiệp ở Việt Nam, hơn
nữa, các bộ khuôn thiết kế với giải pháp nâng cao chất lợng sản
phẩm qua việc sử dụng hệ thống chặn gân vuốt để điều khiển quá
trình kéo kim loại vào lòng khuôn sẽ nhanh chóng đợc ứng dụng
trong thực tế để chứng minh tính khả thi và hiệu quả kinh tế.