Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và khuôn dập khối chính xác chi tiết bánh răng côn

CNĐT: ThS. Nguyễn Trung Kiên Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà nội www.giacongapluc.com 3/2012Hà Nội NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP KHỐI CHÍNH XÁC CHI TIẾT BÁNH RĂNG CÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ B/M GIA CÔNG ÁP LỰC Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Mã số: B2010-01-342 3/2012Hà Nội 2 Nội dung báo cáo: 1-Đặt vấn đề. 2- Phương pháp dập khối trong khuôn kín 3- Mô phỏng số QTBD 4- Xây dựng mô hình thực nghiệm. 5-Kết luận Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP KHỐI CHÍNH XÁC CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN 3/2012Hà Nội 3  Bánh răng côn răng thẳng (BRC) được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các loại máy móc, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, an toàn và tuổi thọ của máy vì vậy cần phải có phương pháp chế tạo cho phù hợp.  Các phương án gia công cơ khí như: cắt, phay, bào… vừa tốn vật liệu, thời gian và khó đạt được cơ tính cần thiết. Nghiên cứu công nghệ dập khối chính xác chế tạo chi tiết bánh răng côn răng thẳng 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 4 Các thông số so sánh PP cắt gọt PPdập Trọng lượng phôi ban đầu (kg) 3,26 1,29 Trọng lượng chi tiết (kg) 0,92 0,92 Tổng số lượng kim loại mất mát (kg) 2,34 (71,77%) 0,47 (33,8%) Visai Ôtô So sánh tiêu hao kim loại khi chế tạo bánh răng côn trong bộ visai ô tô (Z = 10, m = 8) bằng phương pháp cắt gọt và phương pháp dập theo [2]: 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 5 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận - Mô đun m = 2 - Số răng Z = 18. - Góc côn vòng chia φ = 45 . - Đường kính vòng chia d = 36mm. - Đường kính đỉnh D0 = 38,83 mm. - Chiều dài răng b = 10 mm. 2.1 BẢN VẼ CHI TIẾT BRC 3/2012Hà Nội 6 2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BRC 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận Phôi trụ được cắt đoạn, đưa vào nung đến nhiệt độ dập nóng (~1200 độ C). Sau đó phôi được chuyển sang lòng khuôn dập gắn sẵn trên máy dập ( như máy búa, METK). Ở đây quá trình dập xảy ra và ta nhận được vật dập. Vật dập sẽ được xử lý nhiệt và gia công cơ ở các nguyên công tiếp theo. 3/2012Hà Nội 7 - Kích thước hình học của chày, cối. - Lực ép của chày P, Lực chặn Q - Thông số vật liệu - Chế độ nhiệt - Bôi trơn - Tốc độ ép 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 2.3 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH P/P 3/2012Hà Nội 8 - Độ chính xác của bánh răng cao. - Thời gian tạo bánh răng ngắn. - Cơ tính của bánh răng tăng. - Thay đổi đường kính bên trong, lắp với trục. - Thao tác đơn giản - Thiết bị đơn giản, thông dụng. ƯU ĐIỂM: NHƯỢC ĐIỂM: - Kết cấu khuôn phức tạp. - Chế độ dập nóng khó khăn - Thiết bị tạo lực lớn. - Hiện tại chỉ phù hợp với chi tiết nhỏ 2.4. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP: 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 9 3.1 THUẬT TOÁN MÔ PHỎNG và TỐI ƯU ¼ Mô hình hình học 3D Chày Phôi Chày dưới Cối Áo 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 10 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.2 HÌNH HỌC CHI TIẾT KHUÔN 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận CỐI CHÀY CHÀY DƯỚI ÁO CỐI 3/2012Hà Nội 11 3.3. VẬT LIỆU MÔ PHỎNG  AISI 1045, Thép C45 (ISO: 1.0530) là loại thép thông dụng, có rất ít hợp kim với 0.45 %C.  Cài đặt thông số bài toán: - Số lượng phần tử: 22.000 - Hệ số ma sát tiếp xúc (shear): 0,3 - Tốc độ chày ép: V=50mm/s - Hành trình ép: H= 24 mm - Nhiệt độ phôi ép ban đầu: 1200oC 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 12 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 13 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 14 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 15 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 16 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 17 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu khuôn 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận Phương án 6 3/2012Hà Nội 18 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – LỰC DẬP 1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 19 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – TRUYỀN NHIỆT 3/2012Hà Nội 20 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – SO SÁNH MẪU Mô phỏng Mẫu thiết kế 3/2012Hà Nội 21 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN Hướng thớ, hướng chảy khi dập 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – SO SÁNH HƯỚNG THỚ Hướng thớ bánh răng côn răng thẳng khi cắt gọt 3/2012Hà Nội 22 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – Kết cấu tối ưu 3/2012Hà Nội 23 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4.1 Thiết kế thực nghiệm Biểu diễn khuôn cắt một phần tư Khuôn thực nghiệm 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 24 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 4.2 Tiến hành thực nghiệm 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận Mẫu phôi ép d=24mm, h=26mm Quan sát các bước ép Máy ép thủy lực -125T 3/2012Hà Nội 25 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5.1 So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận Sai khác về hình học không nhiều, đạt yêu cầu 3/2012Hà Nội 26 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5.2. SO SÁNH GIA CÔNG BRC BẰNG CẮT GỌT VÀ DẬP KHỐI - Phôi ban đầu chuẩn bị đơn giản, dễ kiếm. - Gá đặt, gia công dễ dàng, không cần thợ bậc cao và máy móc chuyên dụng đắt tiền. - Thời gian chế tạo được rút ngắn rất nhiều. - Lượng kim loại mất mát thấp. - Bánh răng sau dập cơ tính được tăng lên đáng kể. 4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 3/2012Hà Nội 27 6. KẾT LUẬN  Kết quả tương đồng giữa mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi của phương pháp.  Phương pháp dập khối nguội bánh răng cỡ nhỏ phù hợp với vật liệu mầu có mức độ biến dạng cao. Đối với chi tiết bánh răng lớn bắt buộc phải được dập ở nhiệt độ cao.  Do yếu tố công nghệ không thể tránh khỏi các gia công cơ tinh như tiện lỗ, phay mặt đầu… Chi tiết bánh răng sau dập đã có biên dạng răng hoàn chỉnh chỉ cần qua mài và xử lý nhiệt.  Khó khăn còn tồn tại với phương pháp này là biện pháp chống quá tải khuôn, cắt phôi chính xác và hệ thống tháo lắp khuôn tự động khi dập nóng. 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 5.3 KẾT LUẬN KHOA HỌC 3/2012Hà Nội 28 6. KẾT LUẬN  Nghiên cứu thành công phương pháp dập khối chính xác cho các chi tiết cỡ nhỏ (ví dụ bánh răng côn) trong cơ khí.  Các báo cáo tổng quan, kết quả mô phỏng, kết quả thực nghiệm có tính tham khảo cao và là cơ sở cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo.  Kết quả đề tài có thể ứng dụng để làm bài thí nghiệm dập khối chuyên ngành (bộ khuôn, hướng dẫn vận hành, QTCN).  Tham gia đào tạo kỹ sư chuyên ngành và hội thảo khoa học cũng như công bố trên tạp chí.  Công trình giải nhất nghiên cứu khoa học sinh viên cấp trường 2011.  Thực hiện đầy đủ các nội dung của thuyết minh đề tài. 5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM4. MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU KHUÔN3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRONG KHUÔN KÍN CHI TiẾT BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG1. Đặt vấn đề 2. CN dập khối 3. Mô phỏng số 4. Thực nghiệm 5. Kết luận 5.4 KẾT QUẢ ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Nội [1] Sách tra cứu rèn và dập khối: M.V.XTOROJEV [2] Các phương pháp gia công bánh răng: PGS.TS. Trần Văn Địch, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 2003 [3] Công nghệ rèn và dập nóng. Lê Nhương - Nguyễn Ngọc Trân. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 1976 [4] Công nghệ dập tạo hình khối: Phạm Văn Nghệ - Đinh Văn Phong - Nguyễn Mậu Đằng - Trần Đức Cứu - Nguyễn Trung Kiên. NXB Bách Khoa – Hà Nội - 2008. [5] Lý thuyết dập tạo hình: PGS.TS. Nguyễn Minh Vũ-PGS.TSKH. Nguyễn Tất Tiến-TS. Nguyễn Đắc Trung: - Nxb Bách Khoa- Hà nội-2010. 3/2012 1 3/2012Hà Nội 30 Liên hệ: ThS. Nguyễn Trung Kiên - Email: nguyentrungkien.dmf@gmail.com - Tel. +84.4.3.8692430