HƯỚNG DẪN THAO TÁC VỚI PHẦN MỀM DEFORM 3DSTUDY CASE: HOUSING OF PIN RECEPTACLE

1. Kích thước thiết kế của sản phẩm:

2.

Thể tích: 1835.64 mm3

3. Thông số vật liệu của sản phẩm:

Đại lượng Giá trị Đơn vị

Mô đun đàn hồi 205000 MPa

Độ bền kéo 630 - 780 MPa

Độ dãn dài 17 %

1

Giới hạn chảy 430 MPa

Stress-Strain curve of the material C35 at room temperature

4. Thiết kế quy trình gia công sản phẩm:

2

5. Bộ khuôn dành cho mô phỏng

Vì đối tượng biến dạng (phôi) có tính chất đối xứng theo trục nên ở đây ta chỉ tiến hành mô phỏng ¼ đối tượng hình học nhằm rút ngắn thời gian mô phỏng

3

Thiết kế cối dành cho mô phỏng

Thiết kế chày dành cho mô phỏng

4

5

Phần 1: Thao tác với DEFORM-3D Pre

1. Tạo tên fileTa vào ổ C/DEFORM3D/PROBLEM nhấp chuột phải tạo một folder với tên bài tập: trong ví dụ này ta lấy tên là BT1

2. Mở phần mềm DeForm 3DSau khi tạo được tên cho bài tập ta tiến hành khởi động phần mềm và khi đó ta sẽ thấy tên file bài tập của mình hiện trên cây phả hệ, kích chọn vào tên đã tạo

3. Chọn DEFORM-3D Pre (Hiển thị trong khung màu đỏ)

Xuất hiện cửa sổ mới như hình bên dưới

6

Simulation Controls

Đầu tiên ta đặt tên cho case mô phỏng, thiết lập hệ đơn vị, loại mô phỏng và loại biến dạng cần thiết bằng cách nhấn vào nút Simulation Controls như hình trên.

Bảng Simulation Controls hiện ra. Ta tiến hành chọn và chỉnh sửa (như hình dưới). Units = SI, Type = Lagrangian Incremental, Mode = Deformation

Bước 1: Chọn phôi

Chọn vào Tab Geometry và nhấp chọn vào nút Import Geo (như hình dưới)

7

Cửa sổ Import Geometry xuất hiện. Tìm và chọn vào file phoi.stl

Phôi sẽ xuất hiện trong màn hình mô phỏng

Ta tiến hành kiểm tra phôi bằng cách nhấn lần lượt vào các tab Check GEO, Check Interception ... (như hình trên)

8

Bước 2: Chọn chày và cối

Ta nhấp vào nút Insert Object (như hình dưới) (biểu tượng có dấu +)

Sẽ xuất hiện đối tượng Top Die như hình sau:

9

Sau đó ta tiến hành chọn Import Geo cho chày (như thao tác ở bước chọn phôi) bằng cách nhấn vào nút Import Geo và chọn file chay_1.stl. Kết quả như hình dưới đây

Tiếp theo ta Insert thêm đối tượng Bottom Die (Cối) bằng cách chọn vào nút Insert Object (như trình bày ở trên) và tiến hành chọn Import Geo cho cối (như thao tác ở bước chọn phôi) bằng cách nhấn vào nút Import Geo và chọn file Coi_1.stl. Kết quả như hình dưới đây

10

Tuy nhiên cối và chày ở đây có hình dạng đối xứng trục, nên ta chỉ cần mô phỏng với ¼ thể tích. Chính vì thế, ở bước này ta thiết lập boundary condition cho cối và chày ở tab symmetric surface với 2 mặt đối xứng là 2 mặt bên. Đầu tiên ta chọn vào mặt đối xứng, sau đó nhấn vào nút add (nút dấu +) để add boundary condition như hình bên dưới

Bước 3: Chọn vật liệu cho Phôi (Nhập thông số vật liệu cho phôi)

Chọn đối tượng Workpiece và chọn vào Tab Material (như hình bên dưới) để định nghĩa các loại vật liệu cần dùng cho mô phỏng

11

2 mặt đối xứng

Materials

Bảng Materials xuất hiện. Và ta lựa chọn vật liệu có sẵn trong thư viện vật liệu Load From Lib hoặc lựa chọn vật liệu Import đã nhập từ trước bằng cách nhấp vào nút Import.

Bước 4: Chia lưới

Đây là hệ thống rigid-plastic nên chỉ tiến hành chia lưới cho phôi. Để thực hiện ta chọn vào Workpiece và chọn vào Tab Mesh như hình dưới đây

12

Tiếp theo ta chọn số lượng phần tử Mesh vào ô và nhấn vào nút Generate Mesh Lưu ý: Số lượng phần tử cần Mesh càng nhiều thì thời lượng xử lý mô phỏng càng

dài. Số lượng phần tử dựa vào kinh nghiệm là chính. Để biết được lượng phần tử này có đảm bảo yêu cầu mô phỏng chính xác hay không ta phải tiến hành mô phỏng với số lượng các phần tử khác nhau để tìm ra số lượng phần tử tối ưu mà tại đó mô phỏng đạt được mức chính xác cao mà thời gian mô phỏng là ít. (Tiến hành kiểm tra Convergence).

Số lượng phần tử ở Case này đã được tính toán là 50.000, tuy nhiên trong lúc thử nghiệm chúng ta chỉ nên để số lượng phần tử là 20.000 để quá trình mô phỏng được nhanh chóng. Kết quả sau khi Mesh như hình bên dưới

Sau khi tiến hành mesh xong, ta tiếp tục chọn tab Detailed Settings để xem các thông số về các phần tử. Lưu ý: Type = Relative và Min element size = 0.344495.

Như vậy, để mô phỏng đươc chính xác ta chọn bước di chuyển nhỏ nhất trong mô phỏng là: 0.344495 / 3 = 0.11483.

Đoạn dịch chuyển của chày là 8.7696mm. Nên số bước dịch chuyển sẽ là: 8.7696 / 0.11483 = 76 bước

13

Bước 5: Thiết lập điều kiện biên cho phôi

Ở đây, ta thiết lập cho phôi là vật thể đối xứng qua trục. Chính vì thế, để phần mềm hiểu được đây là vật thể đối xứng thì ta lựa chọn Symmetry>Symmetry plane, và chọn 2 mặt bên của phôi làm mặt đối xứng.

Đầu tiên ta nhấn chọn vào mặt đối xứng, sau đó nhấn nút add boundary condition để chấp nhận lựa chọn đó. Kết quả như hình vẽ bên dưới

14

Add boundary condition

2 mặt đối xứng

Trong quá trình chia lưới sẽ gây ra hiện tượng sai lệch thể tích phôi nên ta cần phải bù thể tích bằng cách vào Properties kích chọn Active in FEM kích tiếp vào Volume và chọn yes như hình dưới

Bước 6: Thiết lập các dịch chuyển

Trong case này, phôi và cối sẽ đứng yên, chỉ có chày là dịch chuyển. Ta thiết lập dịch chuyển cho chày bằng cách chọn vào Top die, chọn Tab Movement.

Vì chày di chuyển theo phương thẳng đứng, nên ở tab Translation, Chọn Type = Speed, Direction = Z, Specification = Defined, Defined = Constant, Constant value = 1

15

Bước 7: Thiết lập các thông số mô phỏng cần thiết trong Simulation Control

Chọn tab Simulation Controls. Trong hộp thoại này, chọn tab Step Solution Step Definition = constant & 0.11483 mm (Bước dịch nhỏ nhất)

Primary Die = Top Die (Chày chuyển động)

Step Increment to save = 10 (Mỗi 10 bước save 1 lần)

Number of simulation = 76 (Bước dịch chuyển)

16

Tiếp theo ta chọn sang tab Stop để thiết lập khoảng di chuyển của chày. Vì thiết lập chày là Primary nên khoảng di chuyển được tính là 76 x 0.11483 = 8.72808 mm

Bước 8: Thiết lập thông số ma sát giữa các mặt tiếp xúc

Ta nhấp vào tab Inter Object. Bảng Inter Object hiện ra như hình bên dưới

17

Inter Object

Sau đó, ta chọn vào tiếp xúc Top Die – Workpiece rồi nhấn nút Edit để tiến hành chọn các thông số ma sát. Bảng Inter-Object Data Definition hiện ra. Vì case này là biến dạng khối “Bulk Metal Forming” nên ta chọn ma sát ở dạng shear (Friction type = shear), value = constant 0.12 (Cold Forming (Steel Dies)).

Sau đó, ta nhấn vào nút Apply to other relations để áp đặt các thông số giống như quan hệ Top Die – Workpiece. Tiếp theo ta nhấn vào nút tolerance, để phần mềm tự tín toán giá trị dung sai hợp lý cho các bước mô phỏng. Cuối cùng nhấn Generate all để tạo ra các ràng buộc.

18

Bước 9: Tạo ra Code mô phỏng (File DB)

Nhấn vào nút Database Generation. Khi cửa sổ Database Generation hiện lên, nhấn vào nút Check và Generate để sinh ra code

Bước 10: Đóng cửa sổ DEFORM-3D Pre

Nhấn vào biểu tượng Quit để đóng cửa sổ thiết lập code

19

Database generation

Phần 2: Thao tác chạy mô phỏng

Chọn vào File .db và nhấn vào nút Run (Options) để bắt đầu mô phỏng. Thời gian mô phỏng nhanh hay chậm tùy thuộc vào số lượng phần tử đã chia lưới ở phần Pre-Processor.

Để xem quá trình mô phỏng đang diễn ra đến giai đoạn nào ta chọn vào nút process monitor và thường để luôn bảng này để tiến hành theo dõi

20

Chú ý:Nếu mô phỏng chỉ thực hiện một lần thì ta chuyển sang phần 3, còn phải thay

khuôn thực hiện tiếp thì ta phải thực hiện thay khuôn để tiếp tục mô phỏng. Trong ví dụ này ta tiếp tục thay khuôn theo các bước sau:Kích chọn BT1 và vào Deform – 3D Pre. Tiếp theo nhấn vào nút nút Last để tiếp tục

Kích chọn Top Die trên cây phả hệ và vào Geometry/ Delete Geo

21

Kích chọn Import Geo và chọn File Chay_2.STL

Ta sẽ được như hình dưới.

Do quá trình lắp ghép khuôn để lưu dưới dạng đuôi STL ta phải thực hiện trên mô hình lắp ghép ở bước một nên chày này khi đưa vào Deform sẽ không tiếp xúc với phôi mà cách phôi một khoảng đúng bằng khoảng dịch chuyển của chày mà ta đã lấy ở bước một. Để thực hiện cho chày 2 tiếp xúc phôi ta thực hiện theo hình sau:

22

Tương tự ta thực hiện thay cối cho bước 2 và lưu ý phải chọn điều kiện biên đối xứng và tiếp xúc như ta thực hiện ở phần trên cho chày và cối mới. các bước thực hiện tiếp theo cũng tương tự như phần 1 sau đó chạy mô phỏng.

23

Phần 3: Đọc kết quả mô phỏng

Ta chọn File .db (BT1.db) cần đọc mô phỏng rồi nhấn vào nút DEFORM-3D Post

Trong màn hình mô phỏng, ta cho file mô phỏng chạy bằng cách nhấn vào nút Play Forward.

24

Summary

Play Forward

Graph(Load – Stroke)

Nút Summary cho ta xem tổng hợp tất cả các kết quả mô phỏng của từng thành phần tham gia vào quá trình biến dạng như chày, phôi, cối .... Ớ nút này ta có thể xem 1 cách chi tiết tại từng thời điểm xảy ra biến dạng trên chi tiết (tracking) và có thể xem được dưới dạng biểu đồ, đồng thời có thể phân tích được tổng quan của quá trình biến dạng và chi tiết hơn nữa (nếu cần)

Kế đến, là nút Graph (Load-Stroke curve). Nút này cho phép ta xem lực suốt quá trình biến dạng, lực lớn nhất trong quá trình dập để từ đó ta có thể chọn được công suất của máy dập.

25

Ngoài ra , ta có thể so sánh từng điểm một trên sản phẩm tại các vùng biến dạng khác nhau nhằm có thể edit lại quá trình cho phù hợp hoặc đánh giá đối tượng đó 1 cách chính xác hơn bằng cách nhấn vào nút Point Tracking. Ta lựa chọn nhiều điểm tại các vùng khác nhau trên sản phẩm và tiến hành so sánh.

Một công cụ rất thông minh trong phần mềm trong việc phát hiện vật liệu bị kéo căng quá mức hoặc bị Fold đó là Flownet. Ở đây, phần mềm cho phép người dùng sử dụng công cụ lưới hoặc công cụ hình học như các phần tử hình vuông, tròn, kim cương, tam giác.... để đặt lên bề mặt của chi tiết. Khi chi tiết biến dạng, các đối tượng hình học này cũng bị kéo căng hoặc co lại theo các phương biến dạng (phương pháp thực nghiệm). Do đó, người dùng có thể xác định được lượng biến dạng quá hạn tại vị trí nào đó của chi tiết trong 1 thời điểm bất kỳ nào đó trong quá trình biến dạng.

26

Bên cạnh đó, DeForm có thể giúp người dùng hiểu rõ sâu hơn các vùng biến dạng liên tục liền kề nhau bằng cách chọn 2 điểm (Điểm đầu và điểm cuối) sau đó chọn số lượng điểm giữa 2 vùng đó (cao nhất tới 1000 điểm) để tiến hành phân tích

Để xem chi tiết bên trong có bị hư hỏng hoặc khuyết tật hay không một cách trực quan, ta có thể cắt đối tượng ra bằng thanh công cụ Slicing.

27

Chi tiết sử dụng ở đây là dạng axi-symmetric nên ta có thể mô phỏng với đầy đủ chi tiết để có cách phân tích tổng quan hơn bằng cách chọn công cụ đối xứng.

Cao hơn nữa, người dùng có thể phân tích từng yếu tố biến dạng như Damage, Strain Effective, Strain rate – Effective, Stress Effective, Stress – Max principal, Velocity – Total vel, Temperature ... một cách lần lượt. Các giá trị được hiển thị bằng màu sắc và có cột ánh xạ giá trị minh họa bên dưới

28

Hoặc chúng ta có thể xem chi tiết hơn bằng cách nhấn vào nút More... Khi đó bảng bên dưới đây (State Variables) sẽ hiện lên, và ta có thể chọn vào các thông số cần thiết để xem các kết quả mô phỏng.

Đây là bảng kết quả mô phỏng chi tiết và đầy đủ nhất, bởi chúng ta có thể chọn các thông số thể hiện trong từng mức độ khi quá trình biến dạng xảy ra để phân tích. Ở ô scaling, có chế độ User dành cho người dùng xem từng lúc biến dạng. Người dùng khi phân tích kết quả mô phỏng, nên để ý tìm hiểu thật kỹ từng thông số trong mục này và lưu ý phần điều chỉnh dành cho User.

29