1. Đặt vấn đề

Nhiều doanh nghiệp gặp khó khăn trong việc thiết kế khuôn dập cho các sản phẩm tấm kim loại bởi việc thiết kế có những đặc thù riêng, liên quan nhiều đến việc nghiên cứu biến dạng dẻo. Để vượt qua khó khăn này, nhiều doanh nghiệp đã đi thuê hoặc mua khuôn từ Trung Quốc. Việc này ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động sản xuất của công ty cũng như bí mật về sản phẩm mới và giảm tính cạnh tranh của sản phẩm.

Việc tính toán thiết kế khuôn dập tấm mới chỉ bắt đầu từ vài năm trở lại đây và chỉ căn cứ vào kinh nghiệm theo các chi tiết dập thông thường khác. Sau khi hoàn chỉnh thiết kế công nghệ sẽ thực hiện gia công chế tạo khuôn, dập thử, hiệu chỉnh, sửa khuôn. Quá trình dập thử và hiệu chỉnh này thường phải lặp đi lặp lại nhiều lần và không tránh khỏi tổn thất về thời gian cũng như kinh phí.

Trong thời gian gần đây, sự đầu tư và phát triển mạnh mẽ vào công nghiệp ôtô Việt Nam với mong muốn nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm khung, vỏ xe đã đặt ra cho các nhà kỹ thuật phải nâng cao trình độ chuyên môn và áp dụng hướng nghiên cứu công nghệ mới nhằm giảm chi phí sản xuất vỏ xe, rút ngắn thời gian thiết kế, chế tạo thử, cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm. Chính vì vậy, nghiên cứu phương pháp mô phỏng số quá trình dập tạo hình, ứng dụng công nghệ thông tin vào thiết kế tính toán nâng cao độ chính xác công nghệ và khuôn với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng được xem là hướng đi đúng và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Căn cứ vào kết quả mô phỏng số sẽ xác định được qui trình công nghệ tối ưu như số lần dập tạo hình, các thông số công nghệ 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.

 Dưới đây là một mô hình so sánh về thời gian phát triển sản phẩm giữa hai phương pháp: Phát triển sản phẩm truyền thống không có ứng dụng của phần mềm phân tích mô phỏng tính toán CAE (Computer Aided Engineering) (hình 1-a) và có ứng dụng phần mềm phần mềm CAE, hình 1-b).




Hiện nay, hầu như các nhà sản xuất khuôn dập chưa sử dụng một giải pháp phần mềm nào đó để thực hiện tất cả các công việc từ thiết kế, phân tích tính toán cho đến gia công hoàn thành bộ khuôn dập. Phần mềm CAD (Computer Aided Design) – CAM (Computer Aided manufacturing) thì phổ biến, phần mềm CAE không thông dụng. Chính vì vậy, việc khai thác, ứng dụng phần mềm CAE trong việc tính toán, mô phỏng và tối ưu sản phẩm là điều rất cần thiết.

 Để giúp các doanh nghiệp có thể tự chủ được trong việc thiết kế khuôn cho các sản phẩm tạo hình tấm kim loại, bài viết này xin giới thiệu phần mềm HyperForm của hãng Altair như một giải pháp tổng thể, hoàn chỉnh cho mô phỏng và thiết kế khuôn cho các sản phẩm tấm kim loại. Với HyperForm, việc xác định lực dập hay lực tạo hình biến dạng, kích thước và hình dạng của phôi, bước dập tạo hình để loại bỏ các khuyết tật như nhăn, rách, biến mỏng của tấm kim loại được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng. Bên cạnh đó, HyperForm còn hỗ trợ thiết kế khuôn tạo hình.




2. Quy trình thực hiện mô phỏng tạo hình tấm kim loại với HyperForm

Giao diện trực quan của HyperForm giúp người dùng nhanh chóng tiếp cận và tiến hành mô phỏng cũng như thay đổi các thông số hay điều kiện tạo hình biến dạng. Từ đó tìm ra được điều kiện dập tối ưu nhất.



Ngoài ra, quá trình thực hiện mô phỏng có thể được tạo ra dưới dạng template (mẫu) giúp nhanh chóng thực hiện mô phỏng biến dạng trên các chi tiết có hình dạng tương tự.

Để thực hiện mô phỏng tạo hình, người dùng chỉ cần nhập (import) mô hình hình học của sản phẩm, chia lưới phần tử, chọn vật liệu, điều kiện dập vào HyperForm, gửi thông số cho bộ giải (solver) của phần mềm rồi nhận kết quả mô phỏng.

HyperForm sẽ xác định:

- Lực cần thiết để tạo hình biến dạng sản phẩm.

- Hình dạng và kích thước phôi tối ưu để dập và tạo hình.

- Tối ưu việc sắp xếp phôi trên dải băng kim loại, hạn chế lãng phí vật liệu.

- Mô phỏng lại quá trình dập tạo hình, trường phân bố biến dạng, ứng suất, chiều dầy cũng như vùng biến mỏng, biến dầy trên chi tiết cần tạo hình.

- Hỗ trợ thiết kế khuôn tạo hình cho chi tiết cho các bước dập khác nhau.

- Xác định ứng suất, biến dạng trên khuôn dập và tối ưu hoá kết cấu khuôn.

- Nắm bắt và ghi lại quá trình mô phỏng để ứng dụng trên các sản phẩm khác.



Có thể thấy rằng, hầu hết các khó khăn về tạo hình tấm kim loại đều được HyperForm trả lời.


3. Về phần mềm HyperForm và lợi ích của việc ứng dụng

Altair HyperForm là phần mềm hoàn chỉnh cho mô phỏng quá trình biến dạng tấm kim loại trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn. Với môi trường hướng quá trình đặc trưng, HyperForm giúp người dùng nhanh chóng nắm bắt quá trình tạo hình tấm kim loại. Với HyperForm, người dùng có thể phát triển và tối ưu hoá quá trình sản xuất với chi phí hiệu quả.

Lợi ích của phần mềm HyperForm

Tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu: chi phí phần mềm được tiết kiệm đáng kể nhờ cơ cấu bản quyền của phần mềm HyperForm là dựa trên đơn vị HyperWork (HWU). Việc ứng dụng HyperForm sẽ làm giảm đáng kể thời gian phát triển sản phẩm.



Solver chính xác và tin cậy: HyperForm được tích hợp solver chính xác nhất cho mô phỏng các bài toán tạo hình tấm kim loại trên thị trường hiện nay (Altair RADIOSS). Với solver này, người dùng có thể nhanh chóng xác định vùng nhăn, rách và xác định kích thước hình dạng phôi trước khi dập từ đó tránh được chi phí liên quan đến khuôn dập, thời gian gia công và vật liệu.

Nắm bắt quá trình dập tạo hình một cách hiệu quả: Môi trường mở trong HyperForm cùng với "kiến thức -knowledge" về tạo hình được tích hợp giúp người dùng ghi lại các quá trình thực hiện mô phỏng dập. Và nhờ đó tăng năng suất người dùng trong thiết lập mô phỏng và tự động hoá quá trình mô phỏng tạo hình các sản phẩm khác nhau.



Giải pháp tổng thể cho tạo hình: HyperForm mang đến giải pháp tổng thể cho toàn bộ quá trình mô phỏng dập tạo hình với các tính năng linh hoạt như phân tích khả năng tạo hình, thông số hoá việc thiết kế khuôn tạo hình, kiểm tra và tối ưu lại quá trình dập tạo hình, xem kết quả; đáp ứng tối đa yêu cầu của người dùng về dập tạo hình.

Sản phẩm và giá: Người dùng có thể nghiên cứu tính khả thi của sản xuất chi tiết tạo hình trên cơ sở kết hợp thông tin về sự thay đổi về các yếu tố sau sản xuất như giá thành...

Người thiết kế khuôn tạo hình có thể xây dựng quá trình thiết kế và tạo khuôn tạo hình concept với các thông số đầu vào, chạy phân tích khả năng dập một cách nhanh chóng hoặc tiến hành mô phỏng chi tiết quá trình tạo hình.



Kỹ sư quản lý quá trình: có thể đánh giá khuôn tạo hình concept hoặc khuôn ở bước thiết kế cuối cùng bằng cách thực hiện mô phỏng quá trình tạo hình và xác định các vùng nhăn, biến mỏng, đàn hồi ngược và các vấn đề khác liên quan đến sản xuất.

Kỹ sư thử khuôn tạo hình: có thể trao đổi và nắm thông tin một cách hiệu quả và nâng cao năng suất thử khuôn thông qua những báo cáo chi tiết được tạo tự động từ quá trình phân tích mô phỏng.

Bùi Lê Hùng