Mô phỏng gia công cơ khí trên Simulia Abaqus FEA
- Giới thiệu gia công cơ khí
- Cơ chế gia công
- Lợi ích mô phỏng gia công cơ khí
- Sử dụng Abaqus mô phỏng gia công cơ khí
Giới thiệu gia công cơ khí
Gia công cắt gọt là một trong những phương pháp gia công quan trọng trong sản xuất, được sử dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp ngày nay, đặc biệt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và ngành công nghiệp ô tô. Đây là một trong phương pháp gia công nguyên liệu thô thành chi tiết đảm bảo độ chính xác về dung sai bằng cách hớt bỏ đi những vật liệu trên mô hình, từ quá trình này chi tiết hoặc bộ phận máy đáp ứng theo dung sai thiết kế đề ra . Điều này rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu. Các lĩnh vực công nghệ cao như hàng không vũ trụ và quốc phòng sử dụng thép mác cao, titan, inconel và các siêu hợp kim, chế tạo các kết cấu phức tạp như cánh tuabin, khuôn với độ chính xác cao. Những vật liệu này có các đặc tính cơ học tuyệt vời, tuy vậy chúng lại rất khó để gia công. Điều này đặt ra thách thức lớn trong việc sản xuất từ đó ảnh hưởng đến đầu ra sản phẩm hay thậm chí chuỗi cung ứng toàn cầu.
Cơ chế gia công
Gia công, đặc biệt là quá trình gia công phay, đòi hỏi vận tốc cắt rất lớn. Các lực cắt được tạo ra trong quá trình này gây ra các dao động tần số cao khi dụng cụ quay vận tốc cao và tiếp xúc trực tiếp với vật liệu. Các lực động học này dẫn đến rung động của dụng cụ có thể ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước, hình dáng đối với sản phẩm.
Mô hình đơn giản hóa quá trình gia công
Các thông số được sử dụng trong các quy trình gia công như : góc trước (rake angle), góc sắc của dụng cụ , góc sau (relief angle), góc trượt (shear angle). Cơ chế của quá trình tạo phoi: khi bắt đầu tiếp xúc, dao tác dụng lực nén lên vật liệu gia công theo mặt trước dụng cụ cắt. Khi lực này vượt quá lực liên kết kim loại, (ứng suất phát sinh trong quá trình cắt bỏ vật liệu vượt qua ứng suất bền của vật liệu), một lớp kim loại tách khỏi vật liệu. Vật liệu gia công từ biến dạng đàn hồi nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo, phá hủy. Trong quá trính dao di chuyển cắt trên vật liệu gia công, lớp kim loại tách ra bị nén trượt theo mặt phẳng hình thành phoi.
Lợi ích mô phỏng gia công cơ khí
Ngày nay, mô phỏng gia công cơ khí được phát triển để dự đoán lực cắt, mô-men xoắn, công suất, nhiệt độ, độ mòn của dụng cụ và dao động của dụng cụ. Dựa trên các dự đoán, hình dạng dụng cụ cắt, đường chạy dao và các thông số quá trình gia công có thể được tối ưu hóa dựa trên một số tiêu chí. Điều này có thể làm giảm thời gian và chi phí của quy trình sản xuất, các bộ phận hoàn thiện chính xác hơn, chất lượng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ được cải thiện. Simulia Abaqus FEA phát triển bởi tập đoàn Dasault Système là công cụ phổ biến để dự đoán lực cắt và các thông số hiệu suất khác được đề cập ở trên. Đặc điểm nổi bật của Simulia Abaqus FEA là có khả năng xử lý các bài toán tiếp xúc, phá hủy và các bài toán biến dạng lớn bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các công cụ mạnh mẽ mà phần mềm cung cấp để mô phỏng gia công cơ khí như : có mô hình vật liệu đa dạng (plastic, Johnson-Cook damage …), explicit solver, thuật toán General Contact, phương pháp ALE ( Arbitrary Lagrangian-Eulerian).
Sử dụng Abaqus mô phỏng gia công cơ khí
Trong ví dụ dưới đây, Simulia Abaqus FEA được sử dụng bởi các nhà khoa học trường đại học Sao Paolo, Brazil để mô phỏng gia công cơ khí nhằm mục đích ước tính nhiệt độ tại vùng cắt. Kết quả quá trình mô phỏng cho sai lệch chỉ 3% so với thực nghiệm theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí taylorfrancis. Simulia Abaqus FEA được sử dụng để dự đoán các thông số về lực và nhiệt độ.
Vùng nhiệt độ trong qua trình gia công
Kết quả nhiệt độ theo mô phỏng trên Abaqus.
Nghiên cứu này chứng minh sự hiệu quả mô phỏng quá trình gia công với các kết quả thu được rất gần các kết quả thực nghiệm. Mô phỏng Simulia Abaqus FEA có thể ước tính giá trị của các biến số rất khó đo lường bằng thực nghiệm hoặc không thể đo lường được, chẳng hạn như nhiệt độ cắt tại dao và bề mặt phôi.
Mô phỏng gia công bằng bản Simulia Abaqus Student
Tại NSV chúng tôi có đội ngũ sẵn sàng hỗ trợ khách hàng các vấn đề kỹ thuật liên quan đến mô phỏng gia công cơ khí trên Simulia Abaqus FEA. Nếu bạn đang tìm kiếm các giải pháp mô phỏng hãy liên hệ ngay NSV nhé.
Tài liệu trích dẫn
- Machining Process Simulation. Claudia H. Nascimento & Alessandro R. Rodrigues & Reginaldo T. Coelho, Univestity of Sao Paulo, Brazil.
